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

항생제 내성균은 현재 전 세계적으로 심각한 공중 보건의 위협이 되고 있다. 이는 주로 항생제의 과도한 사용과 부적절한 처방에서 비롯되며, 감염 관리의 미흡, 항생제 사용에 대한 인식 부족, 농업 분야에서의 항생제 사용 등 여러 요인이 복합적으로 작용하여 의료 감염 문제를 악화시키는 주원인이 되고 있다. 1986년 프랑스와 영국에서 처음 보고된 반코마이신 내성 장알균(vancomycin-resistant enterococci, VRE)은 대표적인 의료 감염의 원인균으로 전 세계적으로 증가하는 추세이다[1,2].

세계보건기구(World Heatlh Organization)는 항생제 내성의 심각성을 인식하여 2019년에 세계보건 10대 우선과제 중 하나로 선정했고, 각국에 내성균 감시와 감염 관리 체계 강화를 권고했다. 반코마이신은 다제내성균 치료에 사용되는 최후의 항생제로 여겨지지만, 이 항생제에 내성을 가진 VRE의 출현은 의료 현장에 큰 위협이 되고 있다. 미국에서는 VRE가 매년 수천 명의 사망과 관련된 주요 요인으로 지목되고 있다. 2013년 미국 질병통제예방센터(Centers for Disease Control and Prevention)는 VRE를 ‘심각한 위협’으로 분류하여 지속적으로 이를 감시하고 감염병 예방과 관리에 노력하고 있다. 국내에서도 1992년 VRE가 처음 보고된 이후 감염 사례가 급증하고 있다. Korea Global Antimicrobial Resistance Surveillance System (Kor-GLASS) 및 Korean Antimicrobial Resistance Monitoring System (KARMS)의 보고에 따르면, VRE 내성률은 2010년대 초반 약 30% 수준에서 2019년에는 40.9%로 증가하였고, 이후 2020년과 2021년에는 각각 38.6%와 37.7%의 내성률이 보고되었다[3].

Enterococcus faecium과 Enterococcus faecalis는 장알균의 주요 균종이다. 그러나 반코마이신 내성은 약 90%가 E. faecium에 의해 발생하며, E. faecalis에 의한 감염은 상대적으로 드물다고 알려져 있다[4]. VRE는 주로 요로감염과 창상감염을 일으키지만, 면역 기능이 저하된 환자, 특히 기저질환이 있는 노인이나 장기간 입원한 환자에서는 균혈증을 유발할 수 있다. 이러한 감염은 면역 체계가 약한 고령 환자에게 심각한 질병이나 사망을 초래할 수 있어, 감염 예방과 관리가 필수적이다.

반코마이신은 세포벽의 펩티도글리칸을 표적으로 하는 항생제로, 반코마이신에 대한 내성은 펩티도글리칸의 말단 D-알라닐 D-알라닌 모티프가 D-알라닐 D-락테이트 또는 D-알라닐 D-세린으로 대체되면서 발생한다. 현재 VRE에서는 9개의 내성 유전자가 알려져 있으며, 그중 vanA와 vanB 유전자가 가장 광범위하게 분포하고 있다[5]. VanA 표현형은 반코마이신과 테이코플라닌 모두에 고농도 내성을 보이며, VanB 표현형은 반코마이신에만 내성을 나타내고 테이코플라닌에는 감수성을 보인다[6]. vanA 유전자가 존재하나 테이코플라닌에 감수성 또는 중등도 내성을 보이는 경우는 VanB 표현형-vanA 유전형으로 분류되며, 그 기전은 아직 명확히 밝혀지지 않았다[7]. Van 유전자는 트랜스포존과 같은 이동성 유전인자 내에 존재하여 다른 세균으로 수평적 전파를 일으킬 수 있다. 이러한 이유로 병원성 그람 양성 세균에 반코마이신 내성 유전자가 전파될 수 있어 VRE 감염 관리의 중요성이 더욱 강조되고 있다. 특히, 장알균의 경우 숙주 조직에 부착을 용이하게 하는 병독성 인자를 보유하고 있으며, 이는 감염 과정의 핵심 단계로 다제내성 획득과 함께 VRE 발생률 증가에도 영향을 줄 수 있다고 알려져 있다[8,9]. 장알균의 병독성 인자로는 표면단백질(esp), 응집물질(agg 및 asa1), 젤라티나제(gelE), 세포용해소(cylA), 히알루로니다제(hyl) 등이 보고되고 있다[10].

본 연구에서는 최근 5년간 방역통합정보시스템을 통해 질병관리청으로 진단 의뢰된 VRE 228주 중 78.5%를 차지하는 vancomycin-resistant E. faecium (VREfm) 179주를 대상으로 항생제 내성 경향과 분자 유전학적 특성을 분석하여, 국내 VRE 감염 관리 및 대응에 필요한 기초 자료를 제공하고자 하였다.

1. 균주 수집

2018년부터 2023년까지 방역통합정보시스템으로 진단 의뢰된 228건의 VRE 병원체 중 VREfm으로 확인된 179주를 대상으로 하여 분석을 실시하였다. VREfm 확인 진단은 질병관리청 VRE 감염증 배양검사 표준절차서(KDCA-S-CT-VRE-18-01)에 따라 수행되었다.

2. 항생제 감수성 검사

VREfm 균주에 대한 항생제 감수성 검사는 Sensititre GPALL1F plate (Thermo Fisher Scientific)를 이용한 액체 배지 미량 희석법으로 수행하였으며, 이 plate는 클로람페니콜(chloramphenicol, CHL), 스트렙토마이신(streptomycin, STH), 겐타마이신(gentamici, GEH), 에리트로마이신(erythromycin, ERY), 댑토마이신(daptomycin, DAP), 페니실린(penicillin, PEN), 암피실린(ampicillin, AMP), 레보플록사신(levofloxacin, LVX), 시프로플록사신(ciprofloxacin, CIP), 테트라사이클린(tetracycline, TCY), 리팜핀(rifampin, RIF), 퀴누프리스틴/달포프리스틴(quinupristin/dalfopristin, QDA), 니트로푸란토인(nitrofurantoin, NIT), 리네졸리드(linezolid, LZD), 반코마이신(vancomycin, VAN) 총 15종의 항생제로 구성되어 있다. 항생제 감수성 판별 기준은 Clinical and Laboratory Standards Institute (CLSI) 지침(M100-33RD ED, 2023)에 따라 최소억제농도(minimum inhibitory concentration, MIC)를 측정하여 항생제 내성을 분석하였다.

3. Van 표현형 확인

Van 표현형을 확인하기 위해 Etest (BioMérieux)를 사용하여 테이코플라닌의 MIC를 확인하여 각 균주의 Van 표현형을 구분하였다.

4. 반코마이신 내성 유전자 및 병독성 인자 검사

반코마이신 내성 유전자(vanA 및 vanB)와 7가지 병독성 인자(collagen-binding protein [ace], aggregation substance [asa1], cytolysin activator [cylA], cell wall-associated protein involved in immune evasion [efaA], enterococcal surface protein [esp], gelatinase [gelE], glycoside-hydrolase [hyl])는 중합효소 연쇄 반응(polymerase chain reaction, PCR)을 사용해 검출하였고 각 PCR 산물은 염기서열 분석을 통해 최종적으로 확인하였다.

5. 다좌위 염기서열 분석(Multiocus Sequence Typing)

VREfm 균주 중 같은 의료기관에서 동일한 기간 동안 2명 이상의 환자가 발생하였을 경우, 집단발생으로 간주하여 규모에 따라 1–3개의 균주를 선별하여 총 54개 균주에 대한 다좌위 염기서열 분석(Multiocus Sequence Typing, MLST) 분석을 수행하였다. 분석에 사용된 7종의 housekeeping 유전자는 ATP synthase alpha subunit, D-alanine-D-alanine ligase, glucose-6-phosphate dehydrogenase, phosphoribosylaminoimidazolcarboxylase ATPase subunit, glyceraldehyde-3-phosphate dehydrogenase, phosphate ATP-binding cassette transporter, adenylate kinase이다. 각 유전자에 대한 PCR 수행 후 염기서열을 분석하고, 이 결과를 종합해 sequence type (ST) 및 clonal complex (CC)를 확인하였다. MLST 데이터는 PubMLST 웹사이트(http://pubmlst.org)를 통해 분석하였다.

1. 국내 분리 VREfm 항생제 감수성 경향

VREfm 179주를 대상으로 15종 항생제에 대한 감수성 경향을 분석한 결과, 모든 균주가 VAN, LVX, CIP에 내성을 보였으며, PEN에는 178주(99.4%), AMP과 ERY에는 각각 177주(98.9%)가 내성을 나타내었다. NIT에는 174주(97.2%), RIF에는 168주(93.9%)가 내성을 보였으며, 테이코플라닌에는 108주(60.3%), GEH에는 70주(39.1%)가 내성으로 확인되었다. 또한, QDA, TCY, STH, DAP에 대해 각각 16주(8.9%), 14주(7.8%), 6주(3.4%), 1주(0.6%)에서 내성을 확인하였으며, CHL과 LZD에 대한 내성 균주는 발견되지 않았다(표 1).

표 12018–2023년 국내에서 분리된 VREfm 항생제 내성률

항생제 계열	항생제a)	항생제 내성 분리건수c)(%)
Phenicols	Chloramphenicol	0 (0.0)
Aminoglycosides	Streptomycin high	6 (3.4)
Aminoglycosides	Gentamicin high	70 (39.1)
Macrolides	Erythromycin	177 (98.9)
Lipopetides	Daptomycin	1 (0.6)
Penicillins	Penicillin	178 (99.4)
Penicillins	Ampicillin	177 (98.9)
Fluoroquinolone	Levofloxacin	179 (100.0)
Fluoroquinolone	Ciprofloxacin	179 (100.0)
Tetracyclines	Tetracycline	14 (7.8)
Ansamycins	Rifampin	168 (93.9)
Streptogramins	Quinupristin/dalfopristin	16 (8.9)
Nitrofurans	Nitrofurantoin	174 (97.2)
Oxazolidinones	Linezolid	0 (0.0)
Glycopeptides	Vancomycin	179 (100.0)
Glycopeptides	Teicoplaninb)	108 (60.3)

VREfm=vancomycin-resistant Enterococcus faecium. ^a)Antimicrobial susceptibility test using GPALL1F (Thermo Fisher Scientific). ^b)Antimicrobial susceptibility test using Etest film (BioMérieux). ^c)총 VREfm 179주 대상..

항생제 내성 유형 분석 결과, 179주 모두가 4개 이상의 항생제 계열에 내성을 보였으며, 15종 항생제 중 6개 계열(ERY-(AMP-PEN)-RIF-(VAN-TEC)-(LVX-CIP)-NIT)에 내성을 가진 균주가 54주(30.2%)로 가장 많았다. 그 외 7개 항생제 계열에 내성을 보인 균주가 37주(20.7%), 6개 항생제 계열에 내성을 보인 균주가 31주(17.3%)로 확인되었다(표 2).

표 22018–2023년 국내에서 분리된 VREfm의 다제내성경향

항생제 계열 수a)	내성 프로파일	분리건수(%)
R4	ERY, (AMP, PEN), (VAN, TEC) (LVX, CIP)	1 (0.6)
R5	(AMP, PEN), RIF, VAN, (LVX, CIP), NIT	2 (1.1)
	ERY, (AMP, PEN), VAN, (LVX, CIP), NIT	3 (1.7)
	ERY, (AMP, PEN), (VAN, TEC) (LVX, CIP), NIT	4 (2.2)
	ERY, (AMP, PEN), RIF, (VAN, TEC) (LVX, CIP)	1 (0.6)
R6	ERY, (AMP, PEN), VAN, (LVX, CIP), QDA, NIT	1 (0.6)
	ERY, (AMP, PEN), RIF, VAN, (LVX, CIP), NIT	31 (17.3)
	ERY, GEH, (AMP, PEN), VAN, (LVX, CIP), NIT	1 (0.6)
	GEH, (AMP, PEN), RIF, (VAN, TEC) (LVX, CIP), NIT	1 (0.6)
	ERY, (AMP, PEN), RIF, (VAN, TEC) (LVX, CIP), TCY	1 (0.6)
	ERY, (AMP, PEN), RIF, (VAN, TEC) (LVX, CIP), NIT	54 (30.2)
	ERY, GEH, (AMP, PEN), (VAN, TEC) (LVX, CIP), NIT	2 (1.1)
	ERY, GEH, (AMP, PEN), RIF, (VAN, TEC) (LVX, CIP)	2 (1.1)
R7	ERY, GEH, RIF, (VAN, TEC) (LVX, CIP), QDA, NIT	1 (0.6)
	ERY, GEH, (AMP, PEN), RIF, VAN, (LVX, CIP), NIT	11 (6.1)
	ERY, (AMP, PEN), RIF, (VAN, TEC) (LVX, CIP), NIT, TCY	5 (2.8)
	ERY, (AMP, PEN), RIF, (VAN, TEC) (LVX, CIP), QDA NIT	2 (1.1)
	ERY, GEH, (AMP, PEN), RIF, (VAN, TEC) (LVX, CIP), NIT	37 (20.7)
	ERY, STH, (AMP, PEN), RIF, (VAN, TEC) (LVX, CIP), TCY	1 (0.6)
R8	ERY, GEH, (AMP, PEN), RIF, VAN, (LVX, CIP), NIT, TCY	1 (0.6)
	ERY, GEH, (AMP, PEN), RIF, VAN, (LVX, CIP), QDA, NIT	2 (1.1)
	ERY, STH, (AMP, PEN), RIF, VAN, (LVX, CIP), NIT, TCY	1 (0.6)
	ERY, GEH, (AMP, PEN), RIF, (VAN, TEC) (LVX, CIP), NIT, TCY	3 (1.7)
	ERY, GEH, (AMP, PEN), RIF, (VAN, TEC) (LVX, CIP), QDA, NIT	6 (3.4)
	ERY, STH, (AMP, PEN), RIF, (VAN, TEC) (LVX, CIP), QDA, NIT	1 (0.6)
	ERY, (STH, GEH), (AMP, PEN), RIF, VAN, (LVX, CIP), NIT, TCY	1 (0.6)
	ERY, (STH, GEH), (AMP, PEN), RIF, VAN, (LVX, CIP), QDA, NIT	1 (0.6)
R9	ERY, (STH, GEH), (AMP, PEN), RIF, (VAN, TEC) (LVX, CIP), QDA, NIT, TCY	1 (0.6)
	ERY, DAP, (STH, GEH), (AMP, PEN), RIF, (VAN, TEC) (LVX, CIP), QDA, NIT	1 (0.6)
총합		179 (100.0)

VREfm=vancomycin-resistant Enterococcus faecium; R=resistance; ERY=erythromycin; DAP=daptomycin; GEH=gentamicin-high; STH= steptomycin-high; AMP=ampicillin; PEN=penicillin; RIF=rifampin; VAN=vancomycin; TEC=teicoplanin; LVX=levofloxacin; CIP= ciprofloxacin; QDA=quinupristin/dalfopristin; NIT=nitrofurantoin; TCY=tetracyline. ^a)내성을 보이는 항생제 계열 수..

2. 반코마이신 내성 유전자 및 표현형 분석

VREfm 179주는 모두 vanA 유전자를 보유하고 있는 것으로 확인된 반면, vanB 유전자는 검출되지 않았다. VanA 유전자를 보유하고 있으나 테이코플라닌에 감수성 또는 중등도 내성을 나타내는 VanB 표현형을 가지는 VREfm도 55주(30.7%)로 확인되었다.

3. 병독성 인자 분포

총 7종의 병독성 인자(ace, asa1, cylA, efaA, esp, gelE, hyl)에 대한 분석 결과, esp와 hyl 유전자만 검출되었다. esp와 hyl 유전자를 모두 보유한 균주가 155주(86.6%)로 가장 많았으며, esp만 보유한 균주는 13주(7.3%), hyl만 보유한 균주는 6주(3.4%)로 확인되었다. 또한, 7종의 병독성 인자 중 어느 것도 보유하지 않는 균주가 5주(2.8%)로 확인되었다(표 3).

표 32018–2023년 VREfm 반코마이신 내성 표현형-유전형 및 병독성 인자 분포

표현형-유전형	분리건수(%)				총합
	-	esp	hyl	esp+hyl
VanA-vanA	4 (2.2)	10 (5.6)	3 (1.7)	107 (59.8)	124 (69.3)
VanB-vanA	1 (0.6)	3 (1.7)	3 (1.7)	48 (26.8)	55 (30.7)
총합	5 (2.8)	13 (7.3)	6 (3.4)	155 (86.6)	179 (100.0)

VREfm=vancomycin-resistant Enterococcus faecium; esp=enterococcal surface protein; hyl=glycoside-hydrolase; -=not available..

4. 다좌위 염기서열 분석

선별된 54주에 대한 MLST 분석 결과 총 12개의 ST가 확인되었다. 이들 대부분은 CC17에 포함되었으며, 주요 ST로는 ST17이 26주(48.1%)로 가장 많았고, ST192가 6주(11.1%), ST262와 ST80이 각각 5주(9.3%)로 확인되었다. 그 외 ST로는 ST19, ST81, ST89, ST90 등이 확인되었다. ST17은 CC17의 주요 구성원으로, 다른 ST들도 CC17에 포함되는 것으로 나타났다(그림 1).

그림 1. 2018–2023년 VREfm ST 분포현황
VREfm=vancomycin-resistant Enterococcus faecium; ST=sequence type.

본 연구는 2018년부터 2023년까지 의뢰기관 및 보건환경연구원으로부터 방역통합정보시스템을 통해 진단이 의뢰된 VREfm 179주의 항생제 내성 경향, 반코마이신 내성 유전자형, 병독성 인자 및 MLST 분석을 통해 국내 VREfm의 병원체 특성을 규명하였다. 분석 결과, 국내 VREfm 균주는 전반적으로 높은 수준의 항생제 내성을 보였으며, 모든 균주에서 VAN, LVX, CIP에 대한 내성이 확인되었다. 특히, VREfm의 대부분(150주, 83.6%)이 6–7개 항생제 계열에 내성을 가지고 있어, 국내 VREfm 감염 환자 치료 시 치료제 선택에 많은 어려움이 예상된다. 국내외 연구에 따르면, 이러한 VREfm은 높은 항생제 내성 패턴이 공통적으로 관찰되고 있다. 이는 의료 환경에서 항생제의 오남용 및 부적절한 사용으로 인해 높은 내성 수준을 초래할 수 있음을 시사한다[11,12]. 이러한 현상은 국내 의료기관에서 감염 관리의 심각한 문제로 대두되고 있다.

국내 분리 VREfm 179주 모두 vanA 유전자를 보유하고 있는 것으로 확인되었다. 그러나 유전자형이 vanA인 경우에도 표현형이 VanB 특징을 가지는 VanB phenotype vanA genotype 형이 발견되었으며, 이는 반코마이신에 높은 내성을 보이지만 테이코플라닌에는 감수성 또는 중등도 내성을 나타내는 경우로, 본 연구에서도 55주(30.7%)가 확인되었다. 이 결과는 일본, 대만, 한국 등 아시아 지역에서 보고된 바 있으며, VanB 표현형이 지역적 특성과 관련이 있을 수 있음을 시사한다[13]. VanB 표현형은 vanS 유전자의 돌연변이 또는 vanX, vanY, vanZ 유전자의 재배열로 인해 발생하는 것으로 추정되지만, 정확한 기전은 아직 명확히 규명되지 않았기 때문에, 이와 관련된 추가적인 연구가 필요하다[7]. 유전자형에 대한 분석은 VREfm의 반코마이신 내성 기전에 대한 중요한 정보를 제공하며, VRE의 감시 및 관리 전략에 기초 자료를 제공한다.

VREfm의 병독성 인자 분석 결과, 국내 분리주는 모두 esp와 hyl 유전자가 확인되었다. esp 유전자는 VREfm의 병독성과 감염을 악화시키는 데 중요한 역할을 하며, 미국과 유럽에서는 esp 유전자의 높은 유병률이 보고되었다[14]. 병독성 인자의 전파는 감염 확산을 초래할 수 있으므로, 지속적인 감시와 적절한 감염 관리가 필요하다. 국내에서도 esp 유전자의 분포가 증가함에 따라, VREfm 감염의 예방 및 관리를 위한 전략적 접근이 요구된다.

최근 5년 동안 국내 집단발생 사례와 관련된 VREfm 54주에 대한 유전형 분석 결과, 총 12개의 ST가 확인되었다. 이 중 ST17형이 주요 ST로 확인되었으며, 26주(48.1%)가 ST17형으로 분류되었다. 나머지 11개의 ST (ST192, ST262, ST80, ST18, ST817, ST761, ST981, ST789, ST230, ST117, ST78) 중 ST981을 제외한 모든 ST는 CC17 클론에 속하며, CC17은 전 세계적으로 보고된 VRE 대부분에서 보고되고 있다. ST17형은 세계적으로 유행하는 VREfm의 주요 클론으로, 대만, 미국, 유럽에서도 CC17의 우세가 확인된 바 있다. CC17 클론은 AMP 및 퀴놀론 계열 항생제에 내성을 보이며, 대부분 esp 유전자를 보유하고 있다[15]. 이러한 결과는 국내 VREfm 균주들이 글로벌 클론 복합체와 밀접하게 연관되어 있음을 시사하며, VREfm의 항생제 내성과 병독성에 대한 이해를 돕는 데 기여할 것이다[16].

본 연구는 VREfm의 항생제 내성 및 분자 유전학적 특성을 규명함으로써 국내 VREfm의 유전적 다양성과 내성 메커니즘에 대한 중요한 기초 자료를 제공하였다. 1992년 VRE가 국내에서 처음 보고된 후, 1997년 장알균에서의 반코마이신 내성률은 2.9%로 확인되었으나, 그 후 크게 증가하여 1998년 15.1% 및 2019년에는 40.9%의 높은 내성률이 보고되었다[3]. 이는 미국 및 유럽 일부(리투아니아, 세르비아 등)에서 보이는 장알균의 반코마이신 내성률과 비슷하거나 조금 높은 수준으로 확인된다[17,18]. VRE 발생률의 증가가 전 세계적으로 우려되는 상황임을 감안할 때, VRE의 지속적인 감시와 관리 강화는 필수적이다. 특히, 내성 유전자의 분포, 병독성 인자의 역할, 그리고 MLST 분석 결과는 VRE 감염 관리 및 예방 전략의 과학적 근거를 제시할 것이다. 향후 VRE의 유전적 변이와 항생제 내성 메커니즘을 보다 상세히 규명하여 국내 VRE의 병원체 특성을 이해하고, 이를 바탕으로 정교한 감염 관리 및 예방 전략을 개발하는 데 중요한 정보를 제공할 예정이다.

Ethics Statement: Not applicable.

Funding Source: None.

Acknowledgments: None.

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

Author Contributions: Data curation: SJJ, MKK. Formal analysis: SJJ, MKK. Investigation: SJJ, MKK. Visualization: SJJ, AKP. Supervision: AKP, JYK, JIY. Writing – original draft: SJJ. Writing – review & editing: AKP, JYK, JIY.