콜레라 - 원인 및 발병 기전

콜레라의 원인

콜레라의 원인은 비브리오 콜레라에(Vibrio cholerae)로, 비브리오과(Vibrionaceae)의 비브리오속 (Vibrio) 에 속합니다 .

콜레라 비브리오는 형태학적, 착색적 특성이 유사한 두 가지 생물변종(콜레라 생물변종과 엘 토르 생물변종)으로 대표됩니다.

콜레라의 원인균은 비브리오과(Vibrionaceae) 비브리오속(Vibrio)에 속하는 콜레라균(Vibrio cholerae) 의 혈청군 01과 0139에 속하는 비브리오입니다. 콜레라균 내에는 두 가지 주요 생물변종이 있습니다. 하나는 1883년 R. 코흐가 발견한 콜레라균 고전형(biovar cholerae classic)이고, 다른 하나는 1906년 이집트 엘토르 검역소에서 F. 고트슐리히와 E. 고트슐리히가 분리한 엘토르균(biovar El Tor)입니다.

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문화재

비브리오는 통성 혐기성 세균이지만 호기성 생장 조건을 선호하기 때문에 액체 영양 배지 표면에 막을 형성합니다. 최적 생장 온도는 37°C, pH는 8.5~9.0입니다. 미생물의 최적 생장을 위해서는 배지에 0.5% 염화나트륨이 필요합니다. 축적 배지는 1% 알칼리성 펩톤수를 사용하며, 6~8시간 내에 막을 형성합니다. 콜레라 비브리오는 단순 배지에서 자랄 수 있습니다. 선택 배지는 TCBS(티오황산염 구연산 수크로스 담즙 한천)입니다. 계대배양에는 알칼리 한천과 트립톤 대두 한천(TSA)을 사용합니다.

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생화학적 특성

콜레라의 원인균은 생화학적으로 활성이 있고 산화효소 양성이며, 단백분해 및 당분해 특성을 가지고 있습니다. 인돌, 라이신 탈탄산효소를 생성하고, 젤라틴을 깔때기 모양으로 액화시키며, 황화수소를 생성하지 않습니다. 포도당, 만노스, 수크로스, 유당(느리게), 전분을 발효시키고, 람노스, 아라비노스, 둘시톨, 이노시톨, 이눌린은 발효시키지 않습니다. 질산환원효소 활성을 가지고 있습니다.

콜레라 비브리오는 박테리오파지에 대한 감수성이 다릅니다. 무케르지(Mukerjee)에 따르면, 고전적인 콜레라 비브리오는 IV군 박테리오파지에 의해 용해되고, 엘 토르(El Tor) 생물변종 비브리오는 V군 박테리오파지에 의해 용해됩니다. 콜레라 병원균의 감별은 생화학적 특성, 양 적혈구 용혈 능력, 닭 적혈구 응집 능력, 그리고 폴리믹신과 박테리오파지에 대한 감수성을 통해 이루어집니다. 엘 토르 생물변종은 폴리믹신에 내성이 있고, 닭 적혈구와 양 적혈구를 응집시키며, 보게스-프로스카우어 반응과 헥사민 검사에서 양성 반응을 보입니다. V. cholerae 0139는 표현형적 특성에 따라 엘 토르 생물변종에 속합니다.

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항원 구조

콜레라 비브리오는 O형과 H형 항원을 가지고 있습니다. O형 항원의 구조에 따라 150개 이상의 혈청군이 구분되며, 그중 콜레라의 원인균은 혈청군 01과 0139입니다. 혈청군 01 내에서도 A, B, C 서브유닛의 조합에 따라 오가와(AB), 이나바(AC), 히코시마(ABC) 혈청형으로 나뉩니다. 혈청군 0139의 비브리오는 혈청 0139에 의해서만 응집됩니다. H형 항원은 일반적인 항원입니다.

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환경 요인에 대한 태도

콜레라의 원인균은 자외선, 건조, 소독제(4차 아민 제외), 산성 pH, 그리고 가열에 민감합니다. 콜레라의 원인균, 특히 엘 토르 생물변종은 수생생물 및 조류와 공생하며 물 속에서 생존할 수 있으며, 불리한 조건에서는 미배양 형태로 변할 수 있습니다. 이러한 특성 때문에 콜레라는 인위성 감염병(anthroposapronosis)으로 분류됩니다.

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병원성 요인

콜레라균 유전체는 크고 작은 두 개의 원형 염색체로 구성되어 있습니다. 생명 유지와 병원성 원리 구현에 필요한 모든 유전자는 큰 염색체에 위치합니다. 작은 염색체는 항생제 내성 카세트를 포획하고 발현하는 인테그론을 포함합니다.

주요 병원성 인자는 콜레라 장독소 (CT)입니다. 이 독소의 합성을 매개하는 유전자는 필라멘트형 박테리오파지 CTX의 유전체에 위치한 독소원성 카세트에 위치합니다. 장독소 유전자 외에도 zot 유전자와 ace 유전자가 동일한 카세트에 위치합니다. zot 유전자의 산물은 독소 (zonula occludens toxin)이고, ace 유전자는 추가적인 장독소(accessory cholerae enterotoxin) 의 합성을 결정합니다. 이 두 독소는 모두 장벽의 투과성을 증가시키는 데 관여합니다. 파지 유전체는 또한 ser-adhesin 유전자와 파지 복제 및 염색체 내로의 통합을 암호화하는 RS2 서열을 포함합니다.

CTX 파지의 수용체는 독소 조절 필리(Ter)입니다. 4형 필리는 CTX 파지의 수용체일 뿐만 아니라 소장 미세융모의 정착에 필수적이며, 특히 수생 생물의 껍질 표면에 생물막을 형성하는 데에도 관여합니다.

Ter는 CT 유전자와 함께 발현됩니다. 큰 염색체는 또한 독소 작용의 실행을 촉진하는 뉴라미니다제 합성을 결정하는 pap 유전자와, 비브리오균과 관련된 장 상피세포의 수용체에 대한 파괴적인 작용을 통해 장에서 병원균을 외부 환경으로 제거하는 데 중요한 역할을 하는 가용성 헤말루티닌 프로테아제 합성을 결정하는 hap 유전자를 포함합니다.

독소 조절 필리(pili)에 의한 소장의 식민지화는 분자량 84,000D의 단백질인 콜레라 엔테로톡신(cholera enterotoxin)의 작용을 위한 기반을 형성합니다. 이 단백질은 1개의 A 소단위체와 5개의 B 소단위체로 구성됩니다. A 소단위체는 이황화물 결합으로 연결된 두 개의 폴리펩타이드 사슬 A1과 A2로 구성됩니다. B 소단위체 복합체에서는 다섯 개의 동일한 폴리펩타이드가 고리 형태의 비공유 결합으로 서로 연결되어 있습니다. B 소단위체 복합체는 소장 점막 상피 세포에 매우 풍부한 세포 수용체인 모노시알릭 갱글리오사이드 GM1에 독소 분자 전체를 결합시키는 역할을 합니다. 이 소단위체 복합체가 GM1과 상호작용하려면 시알산이 GM1에서 분리되어야 하는데, 이는 뉴라미니다제라는 효소에 의해 수행되며, 이는 독소 작용의 구현을 용이하게 합니다. 장 상피막의 5개 갱글리오사이드에 결합한 소단위체 복합체 B는 A1이 A1B5 복합체에서 분리되어 세포 내로 침투할 수 있도록 구조를 변화시킵니다. 세포 내로 침투한 A1 펩타이드는 아데닐산 고리화효소를 활성화시킵니다. 이는 AI와 NAD의 상호작용으로 인해 발생하며, ADP-리보스가 형성되고, 이 ADP-리보스는 아데닐산 고리화효소 조절 소단위체의 GTP 결합 단백질로 전달됩니다. 결과적으로 GTP의 기능적으로 필요한 가수분해가 억제되어 아데닐산 고리화효소 조절 소단위체에 GTP가 축적되어 효소의 활성 상태가 결정되고, 결과적으로 c-AMP 합성이 증가합니다. 장 내에서 c-AMP의 영향으로 활성 이온 수송이 변화합니다. 융모 부위에서는 상피 세포가 Cl- 이온을 집중적으로 방출하고, 융모 부위에서는 Na+와 Cl-의 흡수가 방해를 받아 장 내강으로 물이 방출되는 삼투압적 기반이 형성됩니다.

콜레라 비브리오는 낮은 온도에서도 잘 생존합니다. 얼음에서는 최대 1개월, 바닷물에서는 최대 47일, 강물에서는 3~5일에서 몇 주까지, 토양에서는 8일에서 3개월, 대변에서는 최대 3일, 생채소에서는 2~4일, 과일에서는 1~2일까지 생존합니다. 콜레라 비브리오는 80°C에서 5분 안에, 100°C에서는 즉시 사멸합니다. 산, 건조, 직사광선에 매우 민감하며,클로라민과 다른 소독제는 5~15분 내에 죽고, 오랫동안 잘 지속되며, 유기물이 풍부한 개방 수역과 폐수에서도 증식합니다.

콜레라의 병인

감염의 진입점은 소화관입니다. 이 질병은 병원균이 위 장벽을 극복하고(일반적으로 위 내용물의 pH가 7에 가까운 기저 분비 시기에 관찰됨) 소장에 도달하여 집중적으로 증식하고 외독소를 분비할 때만 발생합니다. 장독소 또는 콜레라겐은 콜레라의 주요 증상 발생을 결정합니다. 콜레라 증후군은 이 비브리오균에 단백질 장독소인 콜레라겐(외독소)과 뉴라미니다제, 이 두 가지 물질이 존재하는 것과 관련이 있습니다. 콜레라겐은 특정장세포 수용체 - 강글리오사이드. 뉴라미니다아제의 작용으로 강글리오사이드로부터 특정 수용체가 형성됩니다. 콜레라 특이 수용체 복합체는 아데닐산 고리화효소를 활성화시켜 cAMP 합성을 시작합니다. 아데노신 삼인산은 이온 펌프를 통해 세포에서 장 내강으로 수분과 전해질의 분비를 조절합니다. 결과적으로 소장 점막은 엄청난 양의 등장액을 분비하기 시작하는데, 이 액체는 대장에서 흡수될 시간이 부족하여 등장성 설사가 발생합니다. 대변 1리터를 통해 체내에서 염화나트륨 5g, 중탄산나트륨 4g, 염화칼륨 1g이 손실됩니다. 구토를 하면 체액 손실량이 증가합니다.

결과적으로 혈장량이 감소하고, 순환 혈액량도 감소하여 농도가 진해집니다. 체액은 간질에서 혈관 내 공간으로 재분배됩니다. 혈역학적 장애와 미세순환 장애가 발생하여 탈수 쇼크와 급성 신부전을 초래합니다. 대사성 산증이 발생하여 경련을 동반합니다. 저칼륨혈증은 부정맥, 저혈압, 심근 변화 및 장무력증을 유발합니다.