임상 분리 Campylobacter jejuni와 Salmonella spp.의 저항성 인자 양상 및 유전적 특성 연구

초록

ㅁ연구목표 ㅇ 국내 주요 인수공통감염병원체인 Campylobacter와 Salmonella spp.의 급성설사환자 대상 임상분리주 수집 ㅇ 인체 중심의 최신 항생제 내성 현황과 다양한 분자적 특성을 분석하고, 유전체 기반 내성균 데이터를 활용한 인체 유래 내성 기전 분석 ㅁ 연구내용 및 결과 ㅇ Campylobacter 및 Salmonella spp.의 임상분리주 수집 및 내성 현황 - 2022년 4월부터 9월까지 전국 6개 권역 106개 1차 및 2차 의료기관에 내원한 급성설사환자 유래 임상분리주를 수집한 결과, Campylobacter spp. 371주, Salmonella spp. 437주가 확보됨. 주요 항생제 내성으로는 Fluoroquinolone에서 83.3%의 내성이 확인되었고, Tetracycline에서는 32.3%의 내성률을 보임. Salmonella spp. 437주에서는 전반적으로 다양한 항생제에서 다제내성(MDR) 양상을 보였고, 특히 Colistin 항생제에서 13.7%인 437주 중 60주가 내성을 보임 - 가금류에서 Fluoroquinolone계 항생제 사용이 중단된지 10년이 지난 시점에서 국내 항생제 내성이 감소할 것으로 예상되었으나 본 연구를 통해 서 여전히 높은수준으로 항생제 내성이 유지되는 결과를 보임. 2022년 까지 농가에 enrofloxacin의 사용이 증가로 인해 Fluoroquinolone계 항생제 내성이 유지되는 것으로 여겨짐. ㅇ 유행형 클론 및 특성 분석 - MLST 결과를 통해 C. jejuni는 57개의 ST와 20개 CC가 확인되었고, 주요 클론형은 CC21, CC22, CC206 순으로 나타났으며 C. coli는 주로 CC828 클론형을 가졌음. Salmonella spp.는 437주에서 55개의 ST가 검출되었으며, 주요 유행형클론은 ST11, ST34, ST32으로 확인됨. ㅇ 전장 유전체 분석을 통한 인체 유래 내성균 유전체 확보 및 특성 규명 - 항생제 내성 결과를 바탕으로 대표성 있는 C. jejuni 40주, C. coli 10주 및 S. Enteritidis 10주, S. Bareilly 1주를 선정하여 전장 유전체 분석을 통해 인체 유래 내성균 유전체를 확보함에 따라, 주요 항생제 내성 유전자, 병원성 인자, 내성 원인 특성 등을 분석하여 결과를 도출함. ㅇ Salmonella colistin 내성 원인 메카니즘 분석 - S. Enteritidis, S. Bareiily의 두 혈청형의 colistin 내성 메커니즘을 연구하기 위해 유전체-전사체 기반 분석 결과 mcr 유전자는 모두 음성이였으나, colistin 내성 기작에 중요한 역할을 하는 LPS modification과 관련된 중요한 유전자인 arn operon 및 rfa 유전자 등에서 colistin 내성 균주특이적인 mutation이 확인됨. 또한 O-antigen 관련 유전자(rfaL, wzzB) 및 MDR efflux, OMP, TCS 에서 각각 다양한 mutation이 발견됨. - 전사체 분석 결과 Two-component system(TCS)과 Cationic antimicrobial peptide(CAMP) 등에 관련 유전자에서 높은 발현을 보임에 따라 Colistin 내성 기작에 관련된 새로운 내성 원인 후보 유전자를 도출함. ㅁ기대효과 및 활용방안 ㅇ 국내 주요 인수공통감염원인 병원체인 Campylobacter와 Salmonella 인체 유래주 및 유전체 정보는 공중보건학적으로 매우 중요한 자원으로써 원헬스 기반 감염병 연구에 활용 가치 상승 ㅇ 가축 유래 발생률과 내성률에 대한 연구는 많이 이루어졌으나, 인체 중심 의 내성 현황 조사 및 유전적 특성 연구는 미흡한 상태로, 본 연구를 통해 원헬스 적 기반 사람-동물 간 통합적 데이터 생산에 기여

ㅇ Collection and Resistance of Clinical Isolates of Campylobacter and Salmonella spp. - As a result of collecting clinical isolates derived from acute diarrhea patients who visited 106 primary and secondary medical institutions in 6 regions nationwide from April to September 2022, Campylobacter spp. 371 isolates and Salmonella spp. 437 isolates were collected. As the main antimicrobial resistance, 83.3% of resistance was confirmed in fluoroquinolone and 32.3% in tetracycline. Salmonella spp. 437 isolates showed overall multidrug resistance (MDR) in various antibiotics, especially in Colistin, 60 isolates out of 437 isolates, 13.7%, showed resistance. Even after the ban on ciprofloxacin use in 2010 in South Korea, no rapid decline could be observed and high-level ciprofloxacin resistance was still identified. Fluoroquinolone resistance is believed to be maintained due to the increased use of enrofloxacin in farms until 2022. ㅇ Clonal population - Through MLST results, 57 STs and 20 CCs were identified in C. jejuni, and the main clonal types were CC21, CC22, and CC206, and C. coli mainly had CC828 clonal types. Salmonella spp. detected 55 STs in 437 isolates, and the main epidemic clones were identified as ST11, ST34, and ST32. This study highlights that quinolone- and tetracycline-resistant Campylobacter circulate in Korea with diverse genotypes. ㅇ Characterization of patient-derived resistant genomes - Based on the results of antimicrobial resistance, 40 C. jejuni, 10 C. coli, 10 S. Enteritidis, and 1 S. Bareilly were selected to secure the human-derived resistant bacterial genome through full-length genome analysis, and the results were derived by analyzing major antibiotic resistance genes, virulence factors, and resistance cause characteristics. ㅇ Analysis of the mechanism of Salmonella colistin resistance - In order to study the colistin resistance mechanisms of the two serotypes of S. Enteritidis and S. Bareilly, whole genome & transcriptome-based analysis revealed that both mcr genes were negative, but colistin resistance strain-specific mutations were identified in the ann operon and rfa genes, which are important genes related to LPS modification that play an important role in the mechanism of colistin resistance. In addition, various mutations were found in O-antigen-related genes (rfaL, wzzB) and MDR efflux, OMP, and TCS, respectively. - As a result of transcriptomic analysis, new resistance cause candidate genes related to colistin resistance mechanisms were derived as they showed high expression in related genes such as two-component systems (TCS) and cationic antibacterial peptide (CAMP).