세균에 의해 질병이 어떻게 발생하게 되는지, 즉 세균성 질환의 발생기 전에 대해 알아보겠습니다. 세균에 의하여 질병이 발생하는 기전을 설명해 보면,주요 단계는 ①전파, ②숙주표면 부착, ③침입 및 ④독소 생성으로 이루어집니다. 각 단계별로 알아보겠습니다.
1. 전파(transmission)
대부분의 감염은 외부로부터 전파되는 이른바, 외인성(exogenous)입니다. 일부 감염은 정상세균총에 의하여 발생할 수 있는데 이를 내인성(endogenous)이라고 합니다. 병원체는 여러 가지 방법으로 전파될 수 있습니다. 예를 들면, ①흡입(inhalation) – 공기 ②섭취(ingestion) -배설물에 의한 식품과 물의 오염 ③접종(inoculation) – 피부 접촉, 성적 접촉, 오염된 바늘, 수혈, 흡혈 곤충에 물린 경우 등을 생각할 수 있습니다. 전파된 병원체는 피부/기도(호흡기)/위장관(소화기)/생식관(비뇨생식기)의 경로를 통해 체내로 침투합니다.
2. 숙주표면에의 부착(adherence to host surfaces)
감염의 첫 단계입니다. 미생물이 숙주 표면에 부착하는 능력이 없으면 감염을 일으킬 수 없습니다. 일부 세균 및 진균은 인공 보철물(의치, 인공심장판막) 또는 숙주세포의 표면에 부착할 수 있는 특수한 구조를 지니고 있기도 합니다. 또는 특정 물질을 생성하여 신체 표면에 집락을 형성하여 질병을 일으키기도 합니다. 이러한 부착 기전은 점막에 부착하는 미생물에 있어서 중요하며 부착기전이 결여된 돌연변이체는 병원성을 가지고 있지 않습니다. Neisseria gonorrhoeae 및 Escherichia coli는 섬모(pili)를 이용하여 요로의 상피세포에 부착합니다. Streptococcus mutans의 세포외다당체는 세균이 에나멜 표면에 부착하도록 돕습니다.
3. 침입성(invasiveness)
세균의 침입성은 병의 발생과 확산에 있어 중요하며 이는 세균의 효소 분비에 의존합니다. 이러한 역할을 하는 효소로는 Collagenase, Hyaluronidase, Coagulase, Immunoglobulin A (IgA) protease, Leucocidin 등을 예로 들 수 있습니다.
Collagenase와 hyaluronidase - 해당되는 세포외기질을 분해하여 세균이 조직으로 쉽게 확산할 수 있도록 합니다. (예: Streptococcus pyogenes가 일으키는 피부감염)
Coagulase - Staphylococcus aureus가 생성하는 효소로서 fibrinogen으로부터 fibrin 형성을 촉진합니다. 이는 감염부위 및 미생물 주변에 fibrin층을 형성하여 포식작용으로부터 미생물을 보호하는 역할을 합니다.
Immunoglobulin A (IgA) protease - 점막 표면의 Ig A를 분해하여 N. gonorrhoeae, Haemophilus influenzae 그리고 Streptococcus pneumoniae 같은 미생물이 점막에 부착하도록 돕습니다.
Leucocidin - 호중구와 대식세포를 파괴합니다. 치주질환의 원인균인 Actinobacillus actinomycetemcomitans가 분비하며 이 효소를 분비하지 못하는 돌연변이체는 독성이 낮습니다.
다른 요인들도 포식작용과 같은 숙주 방어 기전을 방해함으로써 미생물이 침입할 수 있게 합니다.
①협막(capsule)은 S. pneumoniae 및 Neisseria meningitidis와 같은 일부 병원균의 구조물로써 polysaccharide로 이루어져 있습니다. 협막은 식세포가 세균에 부착하는 것을 방해하는 물리적 방어막입니다.
②세포벽단백질은 그람양성구균의 세포벽 구성성분으로서 그룹 A 연쇄구균의 M protein 및 포도구균의 protein A가 있습니다. 이들 또한 항포식작용을 합니다.
4.독소생성능(toxigenicity)
독소 생성은 세균성 질환의 중요한 매개인자 중 하나입니다. 독소는 내독소와 외독소로 구분됩니다.
세균감염은 화농성과 육아종성의 두 가지 형태의 염증으로 진행됩니다.
1) 화농성 염증(pyogenic,농/고을 형성) –이러한 형태의 염증에는 호중구가 가장 많이 존재하는 세포입니다. Streptococcus pyogenes, Streptococcus pneumoniae 등이 일반적인 화농성 세균에 속합니다.
2) 육아종성 염증(granulomatous, 육아종/침윤하여 덩어리를 형성한 대식세포들에 둘러싸인 내피세포들로 구성) – 대식세포와 T림프구가 주요 세포입니다. 육아종성 염증을 만드는 세균 중 가장 주목할 만한 종으로 Mycobacterium tuberculosis(결핵균)가 있습니다. 세균의 항원은 세포매개 면역계를 자극하여 T림프구와 대식세포를 활성화시킨다고 하였습니다. 대식세포의 포식작용에 의해 대부분의 세균이 죽지만 일부가 세포 내에 살아남아 증식하여 육아종이 형성됩니다. 육아종을 형성하는 세균은 phagosome 안에 들어가며 phagosome은 lysosome(손상된 세포조직이나 잔해물질을 제거 분해하는 세포소기관)과 융합할 수 없게 되어, 세균이 분해효소로부터 보호될 수 있습니다. 많은 진균들이 육아종성 환부를 만듭니다.
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