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2013-2015년 국내 해양환경 분리 병원성 비브리오균의 분포와 환경인자와의 연관성 분석
  • 작성일2016-02-25
  • 최종수정일2016-02-25
  • 담당부서수인성질환과
  • 연락처043-719-8111
  • 7,678
2013-2015년 국내 해양환경 분리 병원성 비브리오균의 분포와 환경인자와의 연관성 분석
질병관리본부 국립보건연구원 감염병센터 수인성질환과
나혜영, 홍사현, 정경태*
*교신저자: gtchung@nih.go.kr/043-719-8111


The relationship of pathogenic Vibrio spp. with marine environmental factors, Korea, 2013-2015
Division of Enteric Diseases, Centers for Infection Diseases, NIH, KCDC
Na Hae-Young, Hong Sa-Hyun, Chung Gyung-Tae

Abstract
Background: Vibrio spp. is one of the water- and food-borne pathogens that can infect humans. It could be a serious pathogen found in Korea which is surrounded by marine environment. For this reason, we investigated the prevalence of three pathogenic Vibrio spp. (V. vulnificus, V. parahaemolyticus, V. cholerae) and their relationship with marine environmental factors in Korea.
Methodology: Seawater samples were collected from three points of quarantine areas related to the four environmental factors (temperature of seawater and atmosphere, salinity and pH). Collected waters were filtered and incubated in APW at 37℃ for 24 hours. Screening of Vibrio spp. was performed with PCR method using species-specific genes (tlh, vvhA, hlyA). Three years (2013-2015) of data was analyzed by linear regression to calculate the coefficient of determination (r2). The relationship between screened Vibrio spp. and environmental factors was evaluated by the coefficient of correlation.
Results: Pathogenic vibrios were screened from 2,220 specimens (seawater) by PCR method during the period 2013-2015. V. parahaemolyticus (1,548, 69.7%) was the most prevalent species, followed by V. vulnificus (568, 25.6%) and V. cholerae (406, 18.3%). Among the environmental factors, temperature of seawater showed strong correlation with V. vulnificus (0.91) and V. parahaemolyticus (0.90).
Conclusion: Laboratory surveillance of pathogenic marine Vibrio spp. must be continued to accurately assess risks related to global climate change.

Ⅰ. 들어가는말

비브리오균은 그람음성 호염균으로 0.5-0.8㎛ 크기로 극 쪽에 하나 또는 여러 개의 편모를 갖고 있어 균체를 빠르게 회전시키거나 이동시킨다. 비브리오균은 전 세계적으로도 중요한 수인성 식품매개질환의 원인균으로 해수나 어패류에서 주로 분리되며, 비브리오균에 의한 감염은 가열 조리하지 않은 해산물이나 어패류의 섭취 또는 해수에 의한 상처 노출에 의해 발생한다. 현재까지 확인된 비브리오균은 총 77종으로 이 중 인체 감염을 일으키는 병원체는 비브리오 콜레라균(Vibrio cholerae), 장염 비브리오균(Vibrio parahaemolyticus) 비브리오 패혈증균(Vibrio vulnificus)을 포함하여 약 12종류가 알려져 있다[1]. 해양 환경과 연관성이 높은 비브리오균은 삼면이 바다로 둘러싸인 우리나라에서 관심을 가져야할 병원균으로, 국립보건연구원 수인성질환과에서는 해양환경 내 병원성 비브리오균 실험실 감시사업(Vibrio-Net, 비브리오넷)을 통해 국내 인근 연안의 해수를 대상으로 3종의 병원성 비브리오균에 대한 주기적인 모니터링을 수행하고 있다[2, 3, 4].
이 글에서는 최근 3년간(2013-2015년) 비브리오넷을 통해 확인된 병원성 비브리오균의 분포와 기후 온난화에 따른 해양 환경 요인들과의 연관성을 살펴보고자 한다.

Ⅱ. 몸 말

1. 비브리오넷의 개요
비브리오넷(해양환경 내 병원성 비브리오균 실험실 감시사업)은 11개의 국립 검역소(부산, 인천, 군산, 목포, 여수, 마산, 통영, 울산, 포항, 동해, 제주)와 2개의 보건환경연구원(인천, 전남)이 참여하고 있다. 병원성 비브리오균 3종(비브리오 콜레라균, 비브리오 패혈증균, 장염 비브리오균)을 감시대상병원체로, 채수지점은 환경 인자를 측정할 수 있는 조위관측소, 민물의 유입이나 오염 가능성이 많은 내항 그리고 외부 해류의 영향을 많이 받는 외항으로 지정하였다. 매월 첫째, 셋째 주에 해수면 1-2m 이내의 표층수 1ℓ를 채수 하였으며, 폭우 등 채수가 불가능한 경우는 채수를 하지 않았다. 또한, 채수 시 주요 해양 환경 인자(수온, 기온, 염도, 수소이온농도[pH])에 대한 수치도 함께 측정하여 이를 해수 내 병원성 비브리오균과의 연관성에 대해 분석하였다.
검체 처리는 여과, 증균, 그리고 중합효소연쇄반응(PCR) 스크리닝 순으로 진행되며 해수 검체에 부유물이 있을 경우 거즈를 이용한 전 여과를 통해 부유물을 제거한 후, 0.45㎛의 필터를 통과시켜 균체를 여과 하였다. 필터를 통해 집균된 검체는 펩톤수(Alkaline peptone water, APW, pH 8.3)에서 24시간 증균 배양한 후 배양액에서 DNA를 추출하였다. 병원성 비브리오균의 종 특이 유전자(비브리오 콜레라균-hlyA, 비브리오 패혈증균-vvhA, 장염 비브리오균-tlh)의 존재 여부를 PCR을 통해 확인하였다[5]. 유전자가 확인된 배양액은 균 분리를 위해 생화학적 검사와 분자생물학적 검사를 수행하였으나 본문에는 도시하지 않았다. 기온 및 수온은 채수 즉시 측정하였고 해수의 염도와 pH는 검사실로 수송된 후 일정한 조건에서 측정하여 기록하였다. 3년간의 검출률 변화에 대한 추세선을 작성하고 결정계수와 상관계수를 산출하였다.

2. 분석 결과
(1) 3년간 병원성 비브리오균의 검출률 변화
최근 3년간 11개 지역에서 총 2,220건의 해수 검체를 대상으로 3종의 병원성 비브리오균의 종 특이 유전자를 정성적으로 스크리닝하여 월별 검출률(유전자 양성률)의 평균값을 그래프로 나타내었다. 3종의 병원성 비브리오균 중 비율이 높은 균종은 장염 비브리오균 69.7%(1,548건)이었고 비브리오 패혈증균 25.6%(568건), 그리고 비브리오 콜레라균(비응집성 콜레라, non-O1, non-O139균주) 18.3%(406건) 순서였다. 비브리오 콜레라균은 나머지 두 병원체에 비해 전반적으로 낮은 검출률을 나타냈으며 일시적으로 장마철인 7-8월에 증가를 보였다(Figure 1-a). 비브리오 패혈증균은 4월 이후 검출률이 증가하다 8월에 고점을 기록한 후 급격하게 감소하였으며(Figure 1-b), 장염 비브리오균은 비브리오 패혈증균과 비슷한 패턴으로 하절기까지 증가한 후 12월까지 완만한 하향세를 보이며 연중 높은 검출률을 보였다(Figure 1-c). 하절기의 높은 검출률은 표층수의 온도가 상승하면서 영양염류의 유입과 함께 비브리오균 증식에 적합한 환경이 조성되었기 때문으로 판단된다. 계절에 따른 검출률의 차이는 있었지만 비브리오 콜레라균과 장염 비브리오균은 연중 해수에 존재하였고(Figure 1-a, c), 비브리오 패혈증균도 2015년도 1월과 12월을 제외하고는 연중 검출되었다(Figure 1-b). 3년간 균종별 평균 검출률을 살펴보면 비브리오 콜레라균과 비브리오 패혈증균은 각각 23.3, 25.0%였고 감소하는 경향을 보였으며(Figure 1-a, b), 장염 비브리오균의 검출률은 평균 56.6%였고 증가하는 양상을 보였다(Figure 1-c). 질병관리본부 감염병 웹통계시스템에 따르면 해당 시기의 패혈증 환자 발생수는 각각 56, 61, 38명으로 2015년 큰 감소를 보였으므로 해양에서의 패혈증균 검출률과의 연계성에 대한 관찰이 더 필요하다.

(2) 3년간 해양 환경의 변화
해양 환경과의 연관성 조사를 위해 채수지점에서 측정되었던 해양환경 인자들(수온, 기온, 염도 그리고 수소이온농도[pH])의 3년간의 월별 측정값의 평균값을 그림으로 나타내었다(Figure 2). 수온 측정값의 범위는 최저 7.77±0.66℃(1-2월)에서 최고 24.79±1.16℃(8-9월) 범위였으며, 2013년부터 2015년까지 지난 3년간 평균 수온은 약 14.5℃였고 증가하는 양상을 나타내었다(Figure 2-a). 계절적으로는 3월을 시작으로 완만하게 상승하다가 8-9월에 고점을 기록한 후 10월부터 급격하게 낮아졌다. 기온은 최저 5.05±0.33℃(1-2월)에서 최고 27.44±1.78℃(7-8월)로 수온보다 온도 범위는 넓었지만, 평균 수온과 마찬가지로 지난 3년간 평균 기온은 약 14.9℃였고 월별 기온 변화 또한 수온과 비슷한 경향으로 증감하였다(Figure 2-b). 해수의 염분농도는 강수량이 높은 7-8월에 최저 25.83±1.69‰로 가장 낮았으며, 지난 3년간 평균 염도는 약 29.4‰였다(Figure 2-c). 염도측정은 각 지역의 기수지점을 참고하여 3개 지점을 선정하였고 조수 간만의 차가 큰 지역은 만조 시기에 맞추어 채수하였으나, 각 지역별 편차가 매우 크므로 이에 대한 오차의 발생이 고려되어야 한다. 수소이온농도[pH]는 최저 7.48±0.08부터 최고 7.67±0.08로 약알칼리성 범위였으며, 지난 3년간 평균 7.65였고 약간 감소하는 경향을 보였는데 이러한 감소 추세의 결정계수(R2)는 33.8%로 비교적 높은 수치를 나타내었다(Figure 2-d). 수소이온농도[pH]도 염도 값과 같이 지역간의 편차가 매우 커 이에 대한 오차를 고려해야만 할 것이다. 해양환경은 대기에 비해 이산화탄소의 확산이 느리고 해수의 화학적 특성을 변화시킬 수 있으므로[6], 수소이온농도[pH] 값에 대한 지속적인 모니터링이 필요하다고 여겨진다.

(3) 병원성 비브리오균의 분포와 해양 환경과의 상관관계
지난 3년간의 데이터를 통해 병원성 비브리오균의 검출률과 해양 환경 인자들과의 상관관계를 분석해 보았다. 병원성 비브리오균 검출률과 상관관계가 가장 높은 환경 인자는 수온이었다(Table 1). 비브리오 패혈증균과 장염 비브리오균의 상관계수는 각각 0.91과 0.90으로 수온과 높은 상관관계를 보였으나, 계절성이 관찰되지 않은 비브리오 콜레라균의 상관계수는 -0.25로 수온과 낮은 상관관계를 나타내었다. 기온은 비브리오 패혈증균, 장염 비브리오균과 각각 상관계수 0.87과 0.79로 수온보다는 낮은 상관관계를 나타내었다. 염도는 수온, 기온과는 반대로 강수량이 높은 7-8월에 일시적으로 감소하는 경향을 보여 3종의 병원성 비브리오균의 검출률과 음의 상관관계를 나타냈으며, 담수에서도 잘 자라는 비브리오 콜레라균은 -0.04의 상관관계를 보여 염도와 관련이 낮았다. 수소이온농도[pH]와 비브리오 패혈증균의 상관계수는 0.44로 나머지 두 병원체와의 상관관계 보다 높음으로, pH 감소와 지난 3년간 패혈증균의 검출률 감소와의 관계에 관한 차후 지속적인 분석이 필요하다고 판단된다.

Ⅲ. 맺는말

이상의 결과로부터 장염 비브리오균은 지구 온난화에 따른 기온과 수온의 상승으로 병원체 검출률이 증가하는 병원체로, 수온의 상승과 비례하여 지속적으로 검출률이 증가할 것으로 예상된다. 비브리오 패혈증균은 기온, 수온, pH에서 장염 비브리오균보다 높은 상관관계를 보이나 검출률은 감소추세를 보이는데, 수온의 영향 뿐 아니라 산성화된 pH로 인한 비브리오 패혈증균의 생육환경에 미칠 가능성을 염두하여 앞으로도 환경변화와 검출률을 지속적으로 모니터링 할 필요가 있겠다. 비브리오 콜레라균(비응집성 콜레라, non-O1, non-O139균주)은 비브리오넷을 통해 측정된 4개의 해양 환경 인자들과는 상관관계가 매우 낮은 것으로 보아 담수의 유입 등 주변의 다른 환경인자가 있을 것으로 예상된다. 그러나 장염 및 패혈증을 유발할 수 있으므로 지속적인 모니터링이 필요하다.
개인위생 관리의 향상에 따라 많은 수인성 감염병 발생이 점차 감소하고 있으나, 해양 환경을 통해 전파되는 병원성 비브리오균이 해양환경에 상재함에 따라 그에 따른 감염 위험성은 항상 내재하고 있다고 판단된다. 만성 간 질환자에게 50% 이상의 치사율을 일으키는 패혈증의 원인균인 비브리오 패혈증은 여름철 뿐 아니라 연중 주의를 기울여야 할 병원체로, 질병관리본부 감염병감시연보에 따르면 지난 3년간 연평균 약 50여명의 환자가 발생하였다. 또한 급성설사질환 실험실 감시사업(Enter-Net, 엔터넷) 급성설사질환 실험실 감시사업(Enter-Net, 엔터넷)은 질병관리본부 국립보건연구원 수인성질환과와 전국 시도 보건환경연구원 그리고 68개 협력병원이 참여 하여 국내 설사질환 원인병원체의 유행 경향을 조사하는 실험실 감시사업으로 주 1회 감시결과를 생산하여 질병관리본부 홈페이지를 통해 자료를 제공하고 있다.
에 따르면 장염비브리오균 감염 환자는 하절기에 국한되지 않고 연중 발생하고 있다.
지리적으로 해양 환경과 밀접한 우리나라는 비브리오균에 의한 감염 위험에 언제나 노출되어 있다고 할 수 있다. 따라서 병원성 비브리오균에 대한 감시와 우리나라 해양 환경 변화에 대한 관찰이 지속적으로 이루어져야 할 필요가 있다고 여겨진다.


Ⅳ. 참고문헌

1. F.L. Thompson, B. Austin, and J. Swings. 2006. The biology of Vibrios. ASM Press.
2. 남정현, 이덕용. 2013. 2012년 병원성 비브리오균의 국내 분리 현황 및 특성. 주간 건강과 질병. 제 6권 제 21호.
3. 황보미, 이덕용. 2014. 2013년도 병원성 비브리오균의 국내 분리 현황 및 특성. 주간 건강과 질병. 제 7권, 제29호.
4. 나혜영, 이덕용, 유천권. 2015. 2014년도 병원성 비브리오균의 국내 분리 현황 및 특성. 주간 건강과 질병. 제 8권, 제24호.
5. J.Y. Park, S.M. Jeon, J.Y. KIM, M.S. Park, S.H. Kim. 2013. Multiplex real-time polymerase chain reaction assays for simultaneous detection of Vibrio. cholerae, Vibrio parahaemolyticus, and Vibrio vulnificus. Osong Public Health Res Perspect. 4(3), 133-139.
6. 김병모, 최태섭, 이정석, 박영규, 강성길, 전의찬. 2014. 이산화탄소 증가로 인한 해수 산성화가 해양생물에 미치는 영향평가 및 생태영향기준. 한국해양환경·에너지학회지. 17(2), 153-165.
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