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노로바이러스 대응 국가 실험실 감시망 운영
  • 작성일2013-12-06
  • 최종수정일2013-12-06
  • 담당부서감염병감시과
  • 연락처043-719-7166
노로바이러스 대응 국가 실험실 감시망 운영
National Norovirus Laboratory Surveillance: K-CaliciNet


질병관리본부 국립보건연구원 감염병센터 수인성질환과
정선영, 이덕용

Ⅰ. 들어가는 말

  노로바이러스는 소아에서뿐 아니라 성인에서도 유병률이 높은 바이러스로서 비세균성 급성위장관염의 원인병원체 중 가장 높은 발병률을 보이고 있다. 이 병원체는 1968년 미국 오하이오주 Norwalk지역의 한 초등학교에서 처음으로 발병이 보고되어 Norwalk virus라고 불리다가 Norovirus로 다시 명명이 되었다. 이 바이러스는 크게 5개의 유전자그룹으로 분류되는데 그중 I, II 그리고 IV형이 사람에서 감염을 일으키는 것으로 알려져 있으나, GI형과 GII형이 인체 감염 사례의 대부분을 차지하고 있다[1]. 그 중에서도 GII.4는 1987년 처음 보고된 이래로 지금까지도 전 세계적으로 수인성식품매개로 인한 식중독을 일으키고 있는 유전형이다[2,3]. 이러한 노로바이러스의 공중보건학적 중요성으로 인해 미국과 유럽 등 선진국에서는 CaliciNet, NoroNet과 같은 감시 보고 체계를 구축하여 운영하고 있다.

  최근 우리나라에서도 노로바이러스에 의한 집단발생이 급증하고 있어 이에 대한 분자유전학적인 조사와 기반연구가 활발히 진행 중에 있다. 특히, 질병관리본부에서는 노로바이러스를 포함한 장염바이러스 5종에 대한 전국적인 실험실 감시망과 함께 노로바이러스 실시간 유전자 분석망(Korean-CaliciNet, K-CaliciNet)을 운영하여 전국적인 유행 현황과 유행주에 대한 주기적인 분석을 통해 장염바이러스 집단발생에 대한 대응체계를 구축하고 있다[4].

  이 글에서는 노로바이러스의 특징과 함께 우리나라에서 운영하고 있는 노로바이러스 실시간 유전자 분석망(K-CaliciNet)의 운영과 활용 사례에 대해 소개하고자 한다.


Ⅱ. 몸 말


  노로바이러스는 다른 장염바이러스와 유사하게 주로 겨울철에 많이 발생하는 것으로 알려져 있다. 하지만 최근 단체 급식과 외식이 증가하면서 지역사회, 학교시설, 요양원, 음식점등 다양한 장소에서 노로바이러스에 의한 식중독이 빈번히 발생하고 있으며 그 시기 또한 다양하게 보고되고 있다. 미국에서도 2006년부터 2010년 동안 발생한 식중독의 49%가 노로바이러스로 보고되었고, 우리나라에서도 2006년 학교급식을 통해 3,000여명이 노로바이러스에 감염되는 등 노로바이러스성 식중독이 점차 증가하고 있는 상황이다. 질병관리본부에서 운영하고 있는 급성설사질환 실험실 감시사업에 의하면 2007년부터 2012년까지 국내 장염바이러스 전체 검출률은 의뢰건수 대비 18.3-24.2%를 차지하였으며 이중 노로바이러스의 검출률은 6.1-12.5%로 다른 장염바이러스들에 비해 높은 검출률을 보이고 있다.

  노로바이러스 감염의 주증상은 구토와 설사이며 약 24-48시간의 잠복기 후에 증상이 발현하여 평균 3일 동안 증상이 지속된다. 일반적으로는 5일안에 회복이 되지만 면역력이 약한 영․유아나 노년층에서는 심한 탈수로 인해 사망하기도 한다. 이 병원체는 주로 오염된 식품과 물로 전파가 되지만 사람과 사람간의 접촉, 구토물에 의한 비말 감염과 공기를 통한 전파도 가능하다. 노로바이러스는 소량으로도 충분한 감염을 일으킬 수 있으며, 항원의 다양성으로 인해 장기간 면역반응이 지속되지 않는 것으로 알려져 있다. 노로바이러스는 무균상 돼지 등 극소수의 동물모델에 대해서만 보고되고 있고, 실험실내 배양이 되지 않아 관련 연구를 하는데 많은 한계가 있어 주로 바이러스의 진단과 분자역학적인 조사 위주의 연구가 수행되고 있다[5].

  노로바이러스는 7.6-7.7 kb의 크기의 RNA를 가지고 있는 Caliciviridae에 속하는 바이러스이다. 노로바이러스는 감염성이 높고 환경에 대한 저항성이 높아 감염의 예방 및 확산을 위해 신속하고 민감한 진단법이 매우 중요하다. 노로바이러스의 진단법에은 EIA같은 면역학적 진단법으로 바이러스 항원을 확인하는 방법과 전자현미경을 이용하여 직접 바이러스를 확인하는 방법 그리고 RT-PCR같은 분자생물학적 방법을 이용하여 유전자의 존재유무를 확인하는 방법이 있다. 질병관리본부에서는 Conventional RT-PCR을 이용한 Semi-nested PCR법을 사용하여 유전자 존재를 확인하고 유전형을 결정하는 방법을 사용하였으나, 2008년부터는 TaqMan Probe를 이용한 Multiplex real-time RT-PCR을 새로 도입하여 유전자의 존재 유무를 확인하고 있다. 현재 노로바이러스 진단실험은 ‘ready to use’형태의 Real-Time RT-PCR로 진행되며 시료의 전처리부터 양․음성 판정까지 6시간정도 소요된다. 유전형결정을 위한 Conventional RT-PCR은 9시간정도 소요되며 염기서열분석을 통한 유전형결정 까지 2일 이내 가능하다. 노로바이러스의 유전자 염기서열을 이용한 분자 계통학적 분석은 주로 바이러스의 RNA dependent RNA polymerase와 capsid 유전자를 이용하지만, capsid 유전자 염기서열이 바이러스의 항원과 밀접한 관계를 갖고 있어 유전자확인 및 유전형분석에 주로 사용하고 있다(Figure 1). 이에 질병관리본부에서도 capsid 유전자, 특히 ORF1과 ORF2 교차부분의 약 300bp를 대상으로 유전자형을 결정하며 GI그룹은 15종, GII그룹은 21종의 유전형으로 구분하여 역학적 분석 자료로 활용하고 있다.

  미국의 질병관리본부(CDC)에서는 노로바이러스의 유행과 유전형에 대한 실시간 감시를 위해 CaliciNet이라는 국가감시망을 개발하여 운영하고 있으며 이 명칭은 Caliciviridae에서 유래하였다. 미국 질병관리본부는 노로바이러스 의심시기동안 진단을 확인하기 위해 대변검체를 수집, 검사하여 유전형 분석결과를 감시망(CaliciNet)에 업로드 할 것을 권고하고 있다. 미국의 CaliciNet은 2008년부터 활성화되었으며, 2010년도부터는 국가 집단발생 신고 시스템(National Outbreak Reporting System, NORS)과 연계하여 노로바이러스에 대응하는 자료로 활용하고 있다. NORS는 미국의 각 주에서 발생하는 집단 발생 사례를 보고하는 시스템으로 식품 오염, 식수 오염, 보균자 접촉 등 다양한 정보를 CDC에 보고하는 시스템이다. 유럽에서는 이와 유사한 NoroNet이 운영되고 있으며, 노로바이러스에 대한 일반적인 정보와 함께 유전자 정보 분석을 위한 분석방법들을 함께 제공하고 있다.

  우리나라에서는 급성설사질환 실험실 감시사업(엔터넷, EnterNet-Korea)과 공중 보건망을 통해 국내 노로바이러스 발생과 유행에 대해 감시를 수행하고 있으며, 이와 연계하여 노로바이러스 실시간 유전자분석망, 일명 K-CaliciNet을 통해 노로바이러스의 분자 역학적 정보를 수집하고 있다. 전국 시도 보건환경연구원을 통해 접수된 개별과 집단 발생 사례에 대해 바이러스의 감염 여부를 확인하고 Conventional RT-PCR을 통해 증폭시킨 유전자산물을 대상으로 염기서열 분석을 실시한다. 증폭된 PCR산물은 유전자 분석센터에 일괄 송부되어 염기서열을 확인하고, 웹상으로 보고된 염기서열에 대해 질병관리본부에서 최종 확인 및 유전자형 분석을 실시하고 있다(Figure 2). 개별 발생 사례에 사용된 시료는 급성설사질환 실험실 감시사업을 위해 88개 협력 병원을 통해 확보를 하며, 집단 발생 사례는 각 지자체 보건소에 신고된 사례에 대해 분변검체를 확보하고 있다. 검체를 접수한 해당 보건환경연구원에서는 검체에 대한 진단과 함께 노로바이러스 유전자분석망(K-CaliciNet)에 관련 정보를 입력하고, 유전자 분석센터에 검사를 의뢰한다. 검사를 의뢰받은 유전자 분석센터에서는 유전자 염기서열 확인과 함께 관련 정보를 유전자분석망에 입력하고 있다. 유전자 분석망에 입력된 정보는 기본 데이터(ab1 파일)형태로도 제공이 되며 분석된 염기서열정보는 역학적 정보를 바탕으로 집단 발생의 사례 분석과 국내 유행주 분석에 사용되고 있다.

  노로바이러스 유전자분석망에 입력된 자료는 노로바이러스 염기서열과 환자의 간략한 인적 사항으로 지역별, 시기별, 연령별, 성별별로 유행하는 노로바이러스의 유전형이 분석되며, 집단 발생의 경우에는 원인 규명을 위한 분자 역학 자료로 활용되고 있다(Figure 3.). 노로바이러스 유전자분석망이 구축되고 운영되기 시작한 2007년도 이후 현재(2013년 9월)까지 총 16,567건의 염기서열 정보가 누적되어 있으며, 현재에도 지속적으로 자료가 생산, 관리되고 있다(Table 1).

  K-CaliciNet은 노로바이러스성 집단발생의 조기탐지와 추가적인 집단발생 예방에 적극적으로 활용되고 있다. 특히 지난 2013년 4월 J시 소재 5개 학교에서 동시에 집단설사환자가 발생한 식중독 환자와 원인식품에서 검출된 노로바이러스의 상관성을 규명하여 추가적인 집단발생 확산을 방지한 사례가 있었다. 환자의 분변과 환자가 섭취한 김치에서 노로바이러스 GI그룹이 확인 되었으며, 환자와 김치에서 확인된 노로바이러스의 염기서열을 비교 분석한 결과 95% 이상의 높은 상동성을 가진 노로바이러스가 확인되어 원인 식품은 김치로, 원인병원체는 노로바이러스 GI.4로 최종 결정되었다(Table 2). 이 결과를 바탕으로 김치 생산 공장에서 사용하고 있는 식품용수에 대해 추가로 조사한 결과 동일한 노로바이러스 GI.4가 확인되어 김치 공장에서 사용하는 지하수가 노로바이러스의 감염원임을 알 수 있었다(Figure 4). 노로바이러스의 원인 식품과 감염원을 추적하는 과정에서 식품의약품안전처와 관할 보건환경연구원과의 긴밀한 협조 체계와 함께 K-CaliciNet이라는 유전자분석망이 중요한 역할을 하였다.

  노로바이러스의 공중보건학적 중요성에 따라 질병관리본부는 표준화된 고감도 탐지시스템개발을 위해 지속적으로 노력하였고, 유전형 분석업무의 효율적이고 신속한 흐름을 위해 K-CaliciNet을 구축하여 운영하였다. K-CaliciNet은 전국 시․도 보건환경연구원에서 염기서열분석 및 DB분석이 실시간으로 실행된다는 장점을 가지고 있으며 현재 국가적인 차원에서 노로바이러스의 조기탐지와 확산방지 및 대응에 기여하는 바가 크다. 하지만 통계처리 과정에서 데이터를 직접 다운받아 감시정보를 산출해야하며, 노로바이러스이외의 A형 로타바이러스, 장아데노바이러스, 아스트로바이러스, 사포바이러스 같은 중요한 장염바이러스에 대해서는 별도의 분석 과정이 없다는 단점이 있다. 이는 분자역학정보의 신속한 웹기반 환류시스템을 구축하여 질병의 조기 진단과 확산방지 그리고 신속한 국가적 대응 시스템 구축이라는 궁극의 목적을 이루는 과정에 있어서 풀어야 할 과제이기도 하다. 현재 질병관리본부는 이런 한계들을 극복하기 위해 수인성식품매개질환감시망을 새로 개발하여 개별 발생과 집단 발생에서 확인되는 원인바이러스 5종에 대한 통합적인 분석 체계망을 구축하고 있다.


Ⅲ. 맺는말

  노로바이러스는 우리나라뿐만이 아닌 전 세계에서 주요한 설사원인병원체로 보고되고 있음에도 불구하고 진단 관련 연구는 미흡한 수준이다. 질병관리본부는 노로바이러스로 인한 사회, 경제적 피해를 줄이고 효율적인 예방대책을 위해 2005년부터 수인성 식품매개질환감시망을 운영해왔고 2007년부터 K-CaliciNet (노로바이러스 실시간 유전자 분석망)을 운영하여왔다. 이는 노로바이러스의 감염증에 대한 실태조사 및 신속한 조기탐지에 많은 기여를 하고 있다. K-CaliciNet은 이미 개설 초기부터 전국 시도 보건환경연구원의 협력을 받아 운영, 실시간으로 전국적인 감시정보 산출에 중심적인 역할을 하고 있지만 노로바이러스에만 치중되어있는 한계점을 가지고 있다. 이에 질병관리본부는 좀 더 개선된 염기서열 분석도구기능과 효율적이고 합리적인 DB관리기능 강화를 위해 수인성 식품매개질환감시망이라는 새로운 통합감시망을 준비하고 있고, 이는 노로바이러스에 국한된 기존의 유전자 분석망에서 범위가 더 확장된 감시시스템으로 발전되고 있는 것이다. 새로운 통합감시망은 바이러스성 급성위장관염발생의 조기탐지와 대처할 수 있는 인프라 구축에 기여할 것으로 사료되며 더 나아가 감시와 진단기반 구축에 기여도가 높아질 것으로 예상된다. 그리고 국가적인 차원에서 조금 더 신속한 원인규명과 효과적인관리를 위해 활용될 것이라 사료된다.


Ⅳ. 참고문헌

1. Du-Ping Zheng et al. Norovirus classification and proposed strain nomenclature. 2006. Virology. 346:312-323.
2. Greenberg HB. et al. Role of Norwalk virus in outbreaks of nonbacterial gastroenteritis. 1979. J Infect Dis. 139:564-568.
3. Smit TK. et al. Seroepidemiological study of genogroup I and II HuCV infections in South and Southern Africa. 1999. J Med Virol. 59:229-231.
4. http://www.k-calicinet/
5. Donalson EF. et al. Norovirus pathogenesis: mechanisms of persistence and immune evasion in humanpopulations. 2008. Immunol Rev. 225:190-211.
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