Amikacin이 Mycobacterium abscessus의 세포벽 glycopeptidolipid 합성 및 병원성에 미치는 영향에 관한 연구

Abstract

Mycobacterium abscessus는 인체 감염 신속발육 항산성 균종 중 가장 높은 비율을 차지하며 일차 항결핵제 뿐만 아니라 치료를 위해 사용되는 대부분의 항생제에 대하여 내성을 가지고 있다. 사용 가능한 치료제로는 clarithromycin과 amikacin이지만 clarithromycin에 대한 초기내성 및 유도내성이 알려져 있다. 본 연구자는 유일한 효과적 항생제인 amikacin의 감수성 시험을 수행하던 중 최소 억제농도(minimum inhibitory concentration, MIC)보다 낮은 저 농도에서 기존 증식 형태와는 다르게 증식하는 것을 관찰하였고, 이러한 현상이 세포의 표현형 변화와 관련이 있을 것으로 판단하여 이 연구를 진행하였다. M. abscessus 그룹의 환자 분리균(27주)과 대조균(2주)을 amikacin을 포함하는 액체배지에서 배양하여 관찰한 결과, 최소 억제농도(minimum inhibitory concentration, MIC)보다 낮은 저 농도에서 기존 증식 형태와는 다르게 증식하는 것을 관찰하였으며, 고체배지 상에는 smooth colony가 amikacin에 의하여 rough colony (amikacin-induced rough colony)로 변하는 것도 확인하였다. 전자현미경 상에서 amikacin-induced rough colony는 smooth colony와 확연히 다르게 나란한 배열양상을 보였으며 이는 cord를 형성하는 rough colony와 유사한 형태임을 확인하였다. 뿐만 아니라 amikacin에 의한 M. abscessus의 균체 변화는 sliding motility는 감소시키는 것으로 확인되었다. smooth colony에 풍부한 세포벽 glycopeptidolipid(GPL)가 rough colony에서는 확인되지 않으며 amikacin-induced rough colony에서는 GPL의 성분 변화 없이 총량이 감소하는 것을 Thin layer chromatography(TLC)와 Matrix Assisted Laser Desorption Ionization-Time Of Flight(MALDI-TOF)를 통해 확인하였다. 또한 지질 합성에 관여하는 pks, 그와 관련 유전자들, GPL transport와 production에 관여하는 유전자(gap, gap-like

sap, ecf)와 같은 GPL 합성 핵심 유전자들의 발현량이 smooth colony에 비하여 amikacin-induced rough colony과 rough colony에서 모두 감소되는 것을 통하여 유전자 전사수준에서의 조절이 세포벽 GPL 합성 및 표현형을 결정하는 것임을 관찰하였다. 이 같은 균체 성분과 외형 변화는 숙주의 면역반응을 달리 유도할 뿐 아니라 세포 내 생장률에도 영향을 미치는 것을 in vitro와 in vivo 감염실험을 통해 확인하였다. Smooth colony의 세포내 생장률은 감염 48시간 후에 rough와 amikacin-induced rough colony에 비하여 뚜렷하게 높은 것으로 확인되었으며, smooth colony 감염에 의해 분비되는 tumor necrosis factor(TNF)-ɑ는 감염되지 않은 세포와 유사한 수준이었다. 반면 amikacin-induced rough colony에 감염된 경우 48시간에 걸쳐 높은 수준의 TNF-ɑ가 측정되었으며, 이 같은 결과로 인해 amikacin-induced rough colony가 세포 내 생장에 제한을 받는 것으로 추측하였다. amikacin-induced rough colony에 의해 유도되는 TNF-ɑ와 숙주 내 생장률은 in vitro 실험에서도 확인되었다. In vivo 실험에서 rough colony는 어떠한 cytokine의 분비도 유도하지 않은 반면 smooth colony는 TNF-ɑ를 제외한 다른 염증성 cytokine 분비를 유도하였다. 두 균주의 상이한 면역유도반응에도 불구하고 세포 내 성장률에는 차이가 없었다. 이 실험을 통하여 amikacin에 의해 세포벽 구성 GPL이 변화하는 것을 확인하였으며, 표현형에 따라 숙주 내 반응이 달라지는 것을 관찰하였다.