PHWR 질병관리청 공식학술지
주간 건강과 질병(Public Health Weekly Report)

결핵은 결핵균(Mycobacterium tuberculosis complex)에 감염되어 발생하는 제2급 법정 감염병으로, 2022년 기준 경제협력개발기구(Organisation for Economic Co-operation and Development) 회원국 중 우리나라는 결핵 발생률 2위, 사망률 4위를 기록하였다[1,2]. 2011년 39,557명(인구 10만 명당 78.9명)의 신환자 발생 이후, 2023년 15,640명(인구 10만 명당 30.6명) 발생으로 지속적으로 신환자가 감소되는 추세지만, 여전히 결핵예방과 관리에 지속적인 노력이 필요한 상황이다[2].

결핵균은 주로 매개체 없이 공기 중의 비말을 통해 전파되며, 증상이 서서히 진행되는 경우가 많아 조기 인지의 어려움으로 인해 진단이 늦어져 쉽게 전파될 수 있다. 특히 결핵환자와 빈번한 접촉을 하고 일상생활을 함께하는 가정이나 학교, 병원 등의 집단시설에서 결핵 전파가 높은 것으로 알려져 있고[3-5], 집단에서의 결핵환자 발생은 대규모 유행으로 이어질 수 있기에 공중보건학적으로 매우 중요하게 다뤄야 할 문제이다.

질병관리청에서는 2023년 결핵환자 11,596명을 대상으로 역학조사를 실시하였고, 가족 내 접촉자 21,502명 및 집단시설 내 접촉자 86,302명에 대한 결핵검사가 시행되었다. 그 결과, 200명의 추가환자가 발견되었으며 이 중 가족접촉자는 99명(인구 10만 명당 460.4명)으로 2023년 신환자 발생률(인구 10만 명당 30.6명)보다 약 15배 높은 것으로 나타났다[6]. 또한 폴란드 및 영국 등에서 가족 내 결핵 지표환자와 추가환자에서 분리된 결핵균의 유전학적 분석 결과, 각각 90% 및 75%의 높은 일치율을 보여 가족 내 결핵 전파가 높은 수준으로 발생하고 있음을 보여주었다[7,8]. 가족 내 결핵환자 발생은, 서로 밀폐된 공간에서 오랜 시간 동안 밀접한 생활을 공유하며 영유아, 노인, 만성질환자 등 면역력에 취약한 가족들이 있을 수 있기에, 다른 집단보다 결핵 발생의 위험성과 관리의 중요성이 더욱 강조되고 있다[7-9].

결핵은 감염 후 발병까지 긴 시간이 소요되기 때문에 통상적인 역학조사만으로는 환자 간의 감염경로 분석, 집단감염의 조기 인지, 재발 및 재감염의 감별 등의 확인에 어려움이 있다. 이러한 이유로 전 세계적으로 분자역학 분석법을 활용하여 결핵균의 감염경로를 확인하고 있으며, 질병관리청에서는 ‘결핵균 감염경로 추적감시망’을 운영하여 국내 발생 결핵균의 유전학적 특성 분석을 통한 계통학적 연관성 확인 및 데이터베이스 구축으로 결핵균의 전파 예방 및 관리를 위한 과학적 근거를 제시하고 있다.

본 조사에서는 2016년부터 2024년까지 결핵 역학조사를 통해 확인된 가족 내 전파로 의심되는 사례를 대상으로 유전형 분석을 통한 분자역학적 연관성 및 특성을 파악하여 국가결핵관리를 위한 기초자료로 활용하고자 한다.

1. 연구 대상 선별 및 DNA 추출

2016년부터 2024년까지 결핵 역학조사를 통해 집단발생으로 확인된 521사례 중 가족 내 전파로 의심되는 20사례(43명)를 선별하였고, 환자 정보, 항결핵제 내성 결과 및 배양 균주는 역학조사를 통해 수집하였다.

수집된 균주는 생물안전 3등급 실험실에서 불활화 과정을 거쳤고, 생물안전 2등급 실험실에서 Quick-DNA Fungal/Bacterial Miniprep Kit (Zymo Research)를 이용해 DNA를 추출하여 실험에 사용하였다.

2. Spoligotyping 및 24유전자좌 MIRU-VNTR

Spoligotyping은 spoligotyping 키트(Ocimum Biosolutions)를 사용하여 제조사의 방법으로 수행하였고, 결과는 SITVIT2 (http://pasteur-guadeloupe.fr.8081/SITVIT2) 및 TB insight (https://tbinsight.cs.rpi.edu) 데이터베이스를 활용하여 결핵균 계통을 분석하였다.

24유전자좌 mycobacterial interspersed repetitive unit-variable number tandem repeat (MIRU-VNTR)은 증폭된 PCR 산물을 ABI 3500xL DNA Analyzer (Applied Biosystems)로 fragment 분석을 하였고, GeneMapper 4.0 (Applied Biosystems)을 이용하여 GeneScan 1200 (Applied Biosystems)을 기준으로 각 유전자좌의 반복수를 확인하였다[9].

3. 유전형 검사(Molecular Typing) 결과 분석

Spoligotyping과 MIRU-VNTR 패턴은 엑셀 스프레드시트(Microsoft)로 수치화하였고 BioNumerics 8.0 (Applied Maths) 소프트웨어를 사용하여 분석하였다. 패턴 간의 유사도를 계산하기 위해 unweighted pair group method with arithmetic mean (UPGMA) 알고리즘을 적용하여 덴드로그램을 생성했고, 결핵균 유전형(tuberculosis genotype)은 네 자리의 숫자를 순서대로 부여하여 구분하였다. 2명 이상의 결핵환자가 접촉력을 가지면서 분리 결핵균 간 유전형이 일치하거나 MIRU-VNTR 분석 결과 1개 유전자좌에서 2개 대립유전자(allele) 차이 이내인 경우에는 분자역학적 연관성이 있는 것으로 판정하였다[10,11].

1. 가족 내 결핵 전파사례의 환자 분포

2016년부터 2024년 결핵 역학조사를 통해 가족 간 전파로 의심사례는 총 20사례로, 43명의 환자가 확인되었다. 이 중 38명은 대한민국, 3명은 우간다, 2명은 베트남 국적이었으며, 남성이 26명(60.5%), 여성이 17명(39.5%)이었다. 결핵환자의 연령대는 0세에서 61세(평균 31.7세)였으며, 5세 미만 3명, 5–12세 1명, 13–19세 9명으로, 전체 미성년자는 13명(30.2%)이었다. 전체 환자 43명은 부모 15명(39.5%), 자녀 17명(39.5%), 형제∙자매 8명(18.6%), 친척 1명(2.3%), 동거인 2명(4.7%)이었다.

전체 20사례 내의 각 사례는 2–3명의 결핵환자로 구성되어 있었다. 가장 많은 결핵 전파 의심사례는 부모-자녀로 15사례(75%)였으며, 다음으로 형제-자매 4사례, 동거인 1사례 순이었다. 지표환자 발생 신고 당시의 생활 형태는 동거 12사례(60%), 비동거 7사례(35%)였다. 나머지 1사례는 3명의 가족 중 2명은 동거, 1명은 비동거 상태였다(표 1).

표 1국내 가족 간 전파 20사례의 환자 분포 현황

연번	사례		신고일 차이(일)	성별	나이(세)	관계	과거력	가족형태	국적	유전형
1	A	A1	0	남	14	아들	-	동거	대한민국	TBG0338
2		A2	9	남	51	아빠	-	동거	대한민국	TBG0338
3		A3	38	여	19	딸	-	동거	대한민국	TBG0338
4	B	B1	0	남	51	아빠	-	동거	대한민국	TBG5882
5		B2	133	남	22	아들	-	동거	대한민국	TBG5882
6	C	C1	0	여	54	엄마	-	비동거	대한민국	TBG0084
7		C2	116	남	28	아들	-	비동거	대한민국	TBG0084
8	D	D1	0	남	20	형제	-	비동거	베트남	TBG1054
9		D2	84	남	20	형제	-	비동거	베트남	TBG1054
10	E	E1	0	여	27	동거인	-	동거	대한민국	TBG2397
11		E2	2,241	여	30	동거인	-	동거	대한민국	TBG2397
12	F	F1	0	남	57	남매	O	동거	대한민국	TBG5964
13		F2	88	여	55	남매	O	동거	대한민국	TBG5965
14	G	G1	0	남	29	아들	-	동거	대한민국	TBG0014
15		G2	188	여	61	엄마	-	동거	대한민국	TBG0014
16	H	H1	0	여	20	딸	-	동거	대한민국	TBG5916
17		H2	7	남	52	아빠	-	동거	대한민국	TBG5916
18	I	I1	0	여	18	딸	-	동거	대한민국	TBG0035
19		I2	6	여	50	엄마	O	동거	대한민국	TBG0035
20	J	J1	0	남	48	아빠	O	동거	대한민국	TBG0644
21		J2	14	남	14	아들	-	동거	대한민국	TBG0644
22	K	K1	0	남	28	아빠	-	비동거	대한민국	TBG0548
23		K2	186	남	57	아들	-	비동거	대한민국	TBG0546
24	L	L1	0	남	57	아빠	O	비동거	대한민국	TBG5676
25		L2	15	남	25	아들	-	비동거	대한민국	TBG5676
26	M	M1	0	여	18	딸	-	비동거	대한민국	TBG5675
27		M2	34	남	51	아빠	-	비동거	대한민국	TBG5675
28	N	N1	0	여	17	딸	-	동거	대한민국	TBG2121
29		N2	8	남	49	아빠	-	동거	대한민국	TBG2121
30	O	O1	0	남	23	형제	-	동거	대한민국	TBG0938
31		O2	29	남	21	형제	-	동거	대한민국	TBG0938
32	P	P1	0	여	24	딸	-	비동거	대한민국	TBG0569
33		P2	484	여	55	엄마	O	비동거	대한민국	TBG0569
34	Q	Q1	0	남	7	형제	-	비동거	대한민국	TBG4550
35		Q2	7	남	4	형제	-	비동거	대한민국	TBG4550
36	R	R1	0	여	35	엄마	-	동거	우간다	TBG4706
37		R2	2	여	0	딸	-	동거	우간다	TBG4706
38		R3	2	남	0	아들	-	동거	우간다	TBG4706
39	S	S1	0	남	52	아빠	-	동거	대한민국	TBG1050
40		S2	1,444	남	16	아들	-	동거	대한민국	TBG1050
41	T	T1	0	여	18	사촌	-	비동거	대한민국	TBG1462
42		T2	778	여	14	딸	-	동거	대한민국	TBG1462
43		T3	778	남	53	아빠	-	동거	대한민국	TBG1462

TBG=tuberculosis genotype..

지표환자와 추가환자 간의 발생 신고일 차이는 2–2,241일로 평균 291일이었다. 지표-추가환자 신고일 차이가 1년 이상인 4사례의 신고일 차이 평균은 1,236일이었다.

2. 유전형 검사 결과

Spoligotyping 결과 분석을 위해 SITVIT2 및 TB insight 데이터베이스를 활용하여 계통과 clade를 분류하였다. Spoligotyping 분석 결과, 전체 20사례(43명)에서 확인된 결핵균은 4개의 계통 및 5개 clade로 구분되었다. 각 전파 의심사례에서 분리된 결핵균의 계통과 clade는 모두 동일하였다. 총 20사례 중 18사례(38명)는 East-Asian 계통의 Beijing clade로 확인되었고, 1사례(3명)는 Euro-American 계통의 unknown clade, 나머지 1사례(2명)는 East-African-Indian 계통의 Central Asian Strain (CAS) clade였다. 내국인 38명 중 36명은 East-Asian 계통의 Beijing clade였으며, 나머지 2명은 East-African-Indian 계통의 CAS clade였다. 외국인 중 우간다 국적 3명에서 분리된 결핵균의 spoligotyping 분석 결과는 Euro-American 계통의 unknown clade였다. 베트남 국적 2명은 East-Asian 계통의 Beijing clade로 확인되었다.

전체 환자의 결핵균은 22종류의 MIRU-VNTR 패턴으로 구분되었다. 18사례(39명)의 결핵균은 각 사례별로 동일한 패턴이, F 사례(2명)에서는 24유전자좌 중 Mtub04에서 2 repeat, K 사례(2명)에서는 Qub11b에서 1 repeat 차이가 확인되었다.

Spoligotyping 및 MIRU-VNTR 결과를 바탕으로 유전형을 분석한 결과, 전체 환자는 22개의 유전형으로 구분되었다. 18개 사례의 경우, 각 사례에서 분리된 결핵환자들의 유전형이 일치한 것으로 확인되었다. MIRU-VNTR 패턴에서 차이를 보였던 F 사례(TBG5964, TBG5965)와 K 사례(TBG0548, TBG0546)는 MIRU-VNTR 결과에서 단일 유전자좌에서 1개 또는 2개 대립유전자 차이를 보여 분자역학적 연관성이 있는 것으로 판정하였다(그림 1).

그림 1. 국내 가족간 전파 20사례의 MIRU-VNTR과 spoligotype 조합 분석 계통도
MIRU-VNTR=Mycobacterial interspersed repetitive unit-variable number tandem repeat; SPO=spoligotying; TBG=tuberculosis genotype.

3. 항결핵제 내성

20사례 중 5사례(10명)에서 한 가지 이상 항결핵제에 내성이 있는 것으로 확인되었다. 4사례(8명)은 이소니아지드와 리팜핀에 내성을 보이는 다제내성결핵 환자였으며, F 사례(2명)는 이소니아지드와 리팜핀에 내성이면서 퀴놀론계 약제(레보플록사신, 목시플록사신)와 A군 약제(리네졸리드)에 내성을 보여 광범위약제내성결핵 환자로 확인되었고, 두 환자 모두 과거력이 확인되었다. L 사례의 경우 지표환자가, P 사례의 경우 추가환자가 과거력이 있었으나, 이 두 사례를 포함한 전체 5사례의 지표-추가환자의 항결핵제 내성 결과는 일치하였다(표 2).

표 2항결핵제 내성이 확인된 사례

사례		유전형	발생일	과거력	약제 내성
F	F1	TBG5964	20240510	O	이소니아지드, 리팜핀, 레보플록사신, 목시플록사신, 오플록사신, 리네졸리드
	F2	TBG5965	20240805	O	이소니아지드, 리팜핀, 레보플록사신, 목시플록사신, 오플록사신, 리네졸리드
G	G1	TBG0014	20230303	X	이소니아지드, 리팜핀
	G2	TBG0014	20230906	X	이소니아지드, 리팜핀
L	L1	TBG5676	20211122	O	이소니아지드, 리팜핀
	L2	TBG5676	20211206	X	이소니아지드, 리팜핀
P	P1	TBG0569	20200116	X	이소니아지드, 리팜핀
	P2	TBG0569	20210513	O	이소니아지드, 리팜핀
S	S1	TBG1050	20160608	X	이소니아지드, 리팜핀
	S2	TBG1050	20200521	X	이소니아지드, 리팜핀

TBG=tuberculosis genotype..

국내 가족 내 결핵 전파사례의 분자역학적 연관성 및 특성 확인을 위해 2016년부터 2024년까지 역학조사를 통해 가족 내 전파로 의심된 20사례(43명)에서 분리된 결핵균을 대상으로 spoligotyping 및 MIRU-VNTR을 통한 결핵균 유전형을 분석하였다.

Spoligotyping 결과, 20사례(43명)에서 수집된 결핵균은 각 사례에서 모두 동일한 계통 및 clade가 확인되었다. 18사례(38명)에서 확인된 East-Asian 계통의 Beijing clade는, 국내에서 가장 흔하게 발견(80.5%)되는 계통으로 알려져 있다[12].

유전형 검사 결과 각 사례의 결핵균 유전형은 모두 일치하였고, 가족 내에서 동일한 결핵균이 전파된 것으로 확인되었다. 전체 20사례 중, 동거 및 비동거 사례 모두 유전형이 일치하였다. 본 조사 결과, 2개 사례(I 및 P 사례)에서 지표환자가 아닌 추가환자에서 과거력이 확인되었는데, 이는 과거 감염이 완전히 치료된 후 지표환자에 의해 다시 감염되었거나, 과거 감염 시 지표환자에게 감염을 일으키고 재발했을 가능성이 존재한다. 이러한 사례를 분석하기 위해서는 지속적인 유전형 검사가 필요할 것으로 사료된다.

각 사례별 지표환자와 추가환자 간 환자 신고일 차이를 분석한 결과, 17사례는 2년 이내였으며 3사례는 2년 이상으로 E 사례는 2,241일, S 사례는 1,444일, T 사례 778일이었다. 통상적으로 분자역학적 방법은 발병일 기준 2년 이내에 적용 가능한 것으로 알려져 있다[13]. 그러나 결핵균 유전형 분석을 이용해 재발과 재감염 여부를 판단한 보고[14]에 따르면 일부 재발환자에서 초회와 2차 발병 간 시차가 6년이 경과한 경우에도 동일한 유전형을 가진 결핵균이 분리되어, 본 연구에서도 초회-추가환자 간 신고일이 2년 이상으로 확인된 3가지 사례는 동일한 유전형을 가진 결핵균에 의한 전파사례로 판단하였다.

국외의 경우, 국가마다 가족 간 전파사례에서 결핵균 유전형 일치율이 상이한 것으로 보고되고 있다. 남아프리카공화국의 경우, 유전형 일치율이 18.7%에 불과하였으나[15], 폴란드 및 영국의 경우 90%, 75%의 높은 일치율을 보였다[7,8]. 이러한 결과는 각 국가의 결핵 발생률의 차이로 인하여, 지역사회 내에서 결핵환자와 쉽게 접촉할 수 있는 환경이 만들어졌기 때문으로 알려져 있다[15].

전체 사례에서 확인된 유전형은 각 사례별로 모두 다른 유형이었다. 베트남 국적 가족으로 구성된 D 사례(2명)의 유전형은 TBG1054로, 국내 유전형 데이터베이스에서 총 6건이 확인되었고, 이 중 5건이 베트남 국적의 환자에서 분리된 균주로 확인되었다. 또한 우간다 국적으로 구성된 R 사례의 TBG4706은 해당 사례의 3명에게서만 확인되어, TBG1054와 TBG4706 균주는 국내 감염이 아닌 자국 내 감염 후 우리나라에서 발병한 것으로 추정된다.

R 사례의 경우 산모와 생후 2개월의 쌍둥이 자녀가 거의 동시에 진단된 사례로, 무증상 결핵 보균자였던 산모를 통하여 쌍둥이 자녀가 감염된 선천성 결핵(congenital tuberculosis)으로 보고되었다[16].

분자역학적 분석 결과와 결핵 접촉자 조사 결과를 함께 분석한 결과, 가족 내 결핵 전파사례는 가족 간 역학적 연관관계를 가지는 것을 확인하였다. 이는 가정 내에서의 결핵의 예방 및 관리가 매우 중요하다는 것을 시사하며, 가족 내 결핵환자 발생 시 접촉자 조사 및 진단으로 결핵 전파를 효과적으로 예방할 수 있을 것으로 사료된다. 질병관리청은 가족 내 전파 의심사례와 더불어 집단발생 의심사례의 감염경로 규명을 위한 분자역학 분석으로 국가결핵관리를 위한 근거자료를 지속적으로 제공해 나갈 것이다.

Ethics Statement: None.

Funding Source: None.

Acknowledgments: None.

Conflict of Interest: The authors have no conflicts of interest to declare.

Author Contributions: Conceptualization: YMK, SWP, DHK, JIY. Data curation: YMK, JSL, MJL, SWP, JAS, SJC, JEK. Formal analysis: YMK, JSL, MJL, SWP. Investigation: YMK, JSL, MJL, SWP, JAS, SJC, JEK. Methodology: YMK, JSL, MJL, SWP, DHK, JIY. Supervision: DHK, JIY. Visualization: YMK, SWP. Writing – original draft: YMK, SWP. Writing – review & editing: DHK, JIY, JAS, SJC, JEK.