소아의 침습성 감염에서 분리된 폐구균의 주요 병독성 단백들의 유전적 다양성

Abstract

서론: 폐구균은 소아 세균 질환의 가장 흔한 원인 중 하나로서, 이를 예방하기 위해 소아에서 흔히 감염을 일으키는 혈청형들을 포함한 피막다당-단백결합 백신을 사용하여 침습성 질환을 상당히 감소시켰으나, 백신에 포함되지 않은 혈청형들에 의한 질환을 예방하기 위한 새로운 백신의 개발이 필요하다. 이에 폐구균 단백 백신에 대한 관심이 증대되고 있고, 그 후보 단백으로서 가장 관심을 받고 있는 것이 pneumolysin (Ply), pneumococcal histidine triad protein D (PhtD), pneumococcal surface protein A (PspA), pneumococcal surface protein C (PspC) 등의 병독성 단백들이다. 본 연구에서는 Ply, PhtD 및 PspA의 유전적 다양성을 확인하고 그에 따른 항원성의 차이를 평가하고자 하였다. 방법: 1991년 1월 1일부터 2011년 12월 31일까지 21년간 서울대학교어린이병원에 방문한 소아들로부터 분리되어 보관 중인 폐구균 중 침습성 질환에서 분리된 171 균주가 연구에 포함되었다. Quellung 피막반응으로 혈청형을 결정하였고, 최근에 발견된 새로운 혈청형 6C와 6D는 해당 혈청형 특이 피막 유전자의 염기서열분석을 통해 결정하였다. Ply, PhtD, PspA 유전자를 각각 증폭하고 염기서열을 결정하여 각 단백들의 대립유전자형(allele type)으로 분류한 후 계통학적 분석을 시행하였다. 또한, 염기서열에서 유추된 아미노산서열을 이용하여 각 대립유전자형의 항원성값 도표를 그리고 이를 상호 비교 분석하였다. 결과: 총 171개의 대상 균주들로부터 27개의 혈청형이 인지되었으며, 흔한 혈청형은 19A (n=31, 18.1%), 23F (n=24, 14.0%), 6B (n=17, 9.9%), 14 (n=16, 9.4%), 6A (n=13, 7.6%), 19F (n=13, 7.6%), 9V (n=11, 6.4%), 15C (n=6, 3.5%), 6D (n=5, 2.9%), 24F (n=4, 2.3%), 34 (n=4, 2.3%) 등이었다. Ply의 대립유전자형에는 1 (n=64, 37.4%), 2 (n=85, 49.7%), 3 (n=4, 2.3%), 9 (n=14, 8.2%), 10 (n=1, 0.6%)이 있었으며, 본 연구에서 새롭게 규명된 19 (n=2, 1.2%)와 20 (n=1, 0.6%)도 있었다. 이들을 계통학적 분석을 통해서 6개의 계통군(clade)으로 구분할 수 있었으며, 이는 multilocus sequence typing의 clonal complex type과 유사한 분포 양상을 보였으나 혈청형과는 큰 연관성을 보이지 않았다. Ply의 대립유전자형에 따른 항원성값 도표를 분석한 결과는 대상 균주의 97.1%인 166 균주가 동일한 항원성을 보였다. 한편 PhtD 및 PspA의 분석은 기본적으로 5세 미만의 소아에서 검출된 폐구균을 대상으로 하였고, 같은 연도에 검출된 동일한 혈청형의 폐구균 균주가 여러 개 있을 경우에는 그 중 임의로 한 균주씩만을 포함하여 총 90개의 균주들에 대해 분석을 시행하였다. 그리고 이 결과 및 기존에 알려져 있는 염기서열로부터 각 단백의 뉴클레오타이드 개수(base pair, bp)에 따라 대립유전자형을 분류하였다. PhtD에는 12가지의 대립유전자형이 있었고 이 중 대립유전자형 5 (2,517 bp, n=63, 64.9%)가 가장 흔하였으며, 다음으로 9 (2,550 bp, n=5, 5.2%), 2 (2,520 bp, n=4, 4.1%), 8 (2,547 bp, n=4, 4.1%) 등의 순이었다. 가장 많은 균주들이 속한 대립유전자형 5의 상동성은 98%이상이었고, 서로 다른 대립유전자형들 사이에도 그 유전적 다양성 및 항원성 양상의 차이는 미미하였다. 반면 PspA는 28가지의 대립유전자형으로 분류할 수 있었고, 대립유전자형에 따라 뉴클레오타이드 수가 1719 – 2268개로 다양하였다. 흔한 대립유전자형은 22 (2,175 bp, n=18, 20.0%), 12 (1,899 bp, n=11, 12.2%), 23 (2,178 bp, n=11, 12.2%) 등이었다. PspA는 대립유전자형들 간에 그 크기 및 염기서열뿐만 아니라 항원성에도 많은 차이가 있어서 적어도 6가지 이상의 상이한 항원성값 도표를 나타내었다. 결론: 본 연구 대상 침습성 폐구균들에서 Ply 및 PhtD 염기서열의 상동성이 높고 항원성은 매우 유사하였으나, PspA는 대립유전자형들 간 염기서열 및 항원성에 있어 비교적 큰 차이가 존재하였다. 따라서 Ply 및 PhtD가 향후 단백 백신 후보로서 PspA에 비해 항원성 면에서 유리할 것으로 보이며, 다양한 폐구균 균주들을 이용한 상기 주요 병독성 단백들의 유전적 다양성에 대한 연구가 지속되어야 할 것으로 생각된다.