Bacillus cereus군: 식품 업계에서 독소를 생성하는 영구적이고 해로운 미생물

Bacillus cereus군이란 무엇입니까??

B. cereus sensu lato 혹은 “Bacillus cereus 추정” 이라고도 알려진 Bacillus cereus군은 주로 흙이나 기타 다른 환경 및 식품 조직에서 분리되는 그람 양성, 막대형의 포자를 생성하는 간균으로 이루어져 있습니다.

B. cereus군은 Bacillus속의 하위 분류로, B. cereus sensu stricto, B. anthracis, B. thuringiensis, B. weihenstephanensis, B. mycoides, B. pseudomycoides, B. cytotoxicus, 그리고 B. toyonensi라는 총 8개의 공식적으로 인정되는 종이 포함되어 있습니다(EFSA, 2016). 이러한 B. cereus군의 현재 종 분류와 개별적인 종으로서의 지위는 주로 게놈 시대 이전에 확립된 표현형적 특징을 바탕으로 합니다. 지난 20년 동안, 최근 도입된 Whole Genome Sequencing 분석(Zervas et al., 2020, Carroll et al. 2020) 등을 포함한 다양한 유전형적 분석법을 통해 Bacillus cereus군 안에 넓게 보아 3개의 분기군이 존재하고 있으며, 이는 추가적으로 7개의 표현형 그룹으로 나뉜다는 사실이 밝혀졌습니다(Priest et al., 2004, Guinebretiere et al., 2008, Okinaka et al., 2016; Bazinet, 2017). 이를 바탕으로 Bacillus cereus군에 속하는 잠정적인 새로운 종들이 제안되었습니다.(Liu et al., 2017; BfR, 2020).

또한, 보통 박테리아의 게놈이 실제로는 가소성을 확고히 가지지는 않기 때문에 기존의 표현형적 분류법과 계통발생이 반드시 일치하는 것은 아닌 것처럼 보였습니다. 특정한 Bacillus cereus 추정군의 분리종을 하나의 종 혹은 표현형 그룹에 배정하는 것은 계통발생은 염색체의 유전자를 기반으로 하고, 중요한 독성 및 표현형적 특성은 플라스미드에 기인하여 특성을 잃어버리거나, 횡적으로 전달되거나, 종 내에서 불규칙적으로 나타날 수 있기 때문에 더욱 복잡합니다(EFSA, 2016). 예를 들어, B. thuringiensis로 분류되어 있는 일부 군주는 Bacillus cereus sensu stricto와 유사한 잠재적으로 독성을 가지는 유전자를 염색체에 지니고 있지만, 플라스미드에 유기물 살충제 생산에 필수적인 기타 주요 유전자를 가지고 있습니다(EFSA, 2016). 따라서, B. cereus군을 분류학적으로 서로 다른 종으로 분류하는 것이 적절한지에 대한 의문이 제기되었습니다(EFSA, 2016).

B. cereus군 박테리아의 병원성은 B. anthracis와 일부 B. cereus 균주 박테리아와 연관되어 있는 탄저병 혹은 탄저병과 유사한 질병을 제외한다면 생활에 지장을 주는 설사형와 구토형, 두 가지의 위장관 질병과 연관되어 있습니다.

소비자에게 있어 어떤 위험이 있습니까?

구토형 질병은 플라스미드에 cereulide synthetase 유전자를 가진 B. cereus sensu lato 분리종이 생산하는 cereulide라는 독소에 의해 발생합니다(Ehling-Schulz et al., 2006). Cereulide는 식품에서 생성되어 오염된 식품을 섭취한 후 빠른 시간(15분에서 6시간) 내에 구토를 유발하게 됩니다. 일반적으로 이 질병은 자기제한적이지만 간혹 입원과 집중치료를 요하는 심각한 중독이 보고되기도 합니다. 산 및 열에 대한 안정성 때문에 일반적인 식품 가공 환경에서 cereulide가 일단 형성되면 일반적으로는 비활성화되지 않습니다.

설사형 B. cereus 식중독은 복통과 설사를 특징으로 하며, 주로 공극을 형성하는 세 개의 염색체에 코딩된 장내독소와 연관지어집니다. 해당 독소는 i) 비용혈성 장독소(Nhe)와 용혈성 독소(Hbl)라는 3개의 부분으로 이루어진 독소 2개와 ii) 단일 단백질 세포독소(CytK)입니다. 이 장독소는 열에 불안정하며, 위장을 통과하는 도중 효소로 인해 소화되지만, B. cereus 포자(와 일부 영양세포)는 죽지 않고 위장을 통과할 수 있습니다. 따라서, 설사는 위장의 상피세포 인근에서 혹은 상피세포에 접촉한 상태로 8-16시간 동안 포자가 생장해 장독소를 생성하기 시작하기 때문에 발생한다고 받아들여지고 있습니다. 다만, 인지질 가수분해 효소, 스핑고미엘린 분해 효소, 용혈소, 단백질 분해 효소와 펩타이드 분해 효소는 이 질병에 연관된 다른 독성 인자를 나타낼 확률이 높습니다. 이러한 장독소와 추가적인 독성 인자는 B. cereus군의 균에 광범위하게 분포합니다(Ehling-Schulz et al., 2019).

식중독을 유발할 가능성 외에도 B. cereus sensu lato는 면역력이 저하된 환자에게서 치명적인 감염을 일으키는 원내 병원체로 인식되어 가고 있지만 면역력이 저하되지 않은 환자에서의 B. cereus 감염에 대한 사례 보고도 존재합니다. 가장 위험성이 높은 그룹은 신생아 또는 유치 카테터를 삽입한 환자입니다(EFSA, 2016).

Bacillus cereus로 인한 식품 원인 질병이 공중 보건에 미치는 영향은 산발적인 사례가 아닌 유행만이 조사되는 경우가 많기 때문에 실제 건수보다 매우 낮은 수만이 보고(미국 혹은 유럽연합에서)됩니다(Scallan et al, 2011).

주요 수치

유럽연합에서 2019년(EFSA & ECDC, 2021)에 B. cereus에 의해 생성된 독소는:

- 155건의 유행 사례(C. perfringens로 인한 유행 75건 및 S. aureus로 인한 유행 74건과 비교했을 때), 1,636건의 사례, 44건의 입원 사례, 7건의 사망 사례(2019년에 FBO에서 보고된 모든 종류의 박테리아 독소로 인한 사망 사례 14건 중에서 높은 비중(23.3%)을 차지함)의 원인이었습니다.

- 미국에서 가장 빈번하게 보고되는 독성 물질로, 질병 통제 예방 센터(CDC)는 Bacillus cereus와 관련된 연간 산발적인 사례 및 유행 사례의 수를 63,400건(입원 사례의 0.4%, 사망 사례의 0%)으로 추정했습니다(Scallan et al., 2011).

B. cereus군으로 인해 발생한 식품 원인 유행은 주로 식품 1g당 10⁵ CFU 이상의 박테리아 밀도에서 발생했습니다. 구토형 및 설사형 질병 모두의 일부 사례는 B. cereus 밀도 10³에서 10₅ CFU/g와 연관되어 있었습니다(EFSA, 2016; FDA, 2012).

Bacillus cereus는 어떻게 전파됩니까?

조리되지 않은 음식이 B. cereus 포자에 오염되는 주된 원인은 흙입니다. 흙에는 그램당 B. cereus 포자 10³개에서 10⁵개가 포함되어 있을 수 있습니다. 복합식품에서는 텍스처제, 액체 계란, 향신료와 같은 몇몇 재료가 B. cereus 포자 오염의 주된 원인이라 밝혀져 있습니다. 포자는 건조와 같은 가혹한 가공 단계에서도 살아남을 수 있으며, 이후 그 건조된 재료를 통해 다양한 식품을 오염시킬 수 있습니다. 식품 가공 과정 중에 강력한 접착성을 가지는 B. cereus 포자가 바이오필름을 형성해 가공 장비 표면에 남아 추가적인 오염이 발생할 수 있습니다.

B. cereus의 생장에 적합한 조건에서 가공된 제품을 보관하거나 복합식품에 원재료를 사용(예를 들어, 레시피 그릇의 향신료, 냉장보관된 커스타드나 크림 카라멜 속의 액체 계란 등)하는 것은 B. cereus 포자가 발아해 고객에게 위협이 되는 숫자로 생장할 수 있도록 만들 수 있습니다. 산성이 아니면서 물이 많이 포함된 대부분의 식품에서 B. cereus가 생장할 수 있습니다. 다만, 냉장으로 생장을 저해할 수 있습니다. 10°C 이하에서는 식품에 존재하는 B. cereus 균주 중 일부만이 생장할 수 있습니다(EFSA, 2005).

B. cereus의 영향을 받는 업계에는 무엇이 있습니까?

육류, 우유, 야채, 생선을 비롯한 다양한 종류의 식품이 설사형 식중독과 관련지어져 왔습니다. 구토형 유행은 일반적으로 쌀 제품과 관련이 있었지만, 감자, 파스타 및 치즈를 사용한 제품과 같은 다른 녹말 함유량이 높은 식품도 원인이 될 수 있었습니다. 소스, 푸딩, 수프, 캐서롤, 패스트리, 샐러드와 같은 혼합 식품이 식중독 유행과 자주 관련됩니다(FDA, 2012).

식품업계에서 Bacillus cereus를 예방하고 제어하는 방법은 무엇입니까??

식품의 변질 방지에 대한 폭넓은 요구 사항이 미국의 법(FDA Food Safety Modernization Act; USDA-FSIS Food Safety Acts for Meat, Poultry & Egg Products)과 EU의 시행 규정(EU 규정 178/2002)에 포함되어 있습니다. 모든 식품 사업의 운영자, 즉 생산자, 제조업자, 가공업자, 운송업자, 수입업자, 소매업자 등은 이를 따라야 하며, 안전한 식품을 제공하지 못할 경우 책임을 지게 됩니다.

또한 미국 및 EU 규정은 식품 사업의 운영자가 반드시 자신의 식품 및 공정과 관련된 특정 식품 안전 위험을 분석한 뒤, 이를 HACCP 규정(FDA 21CFR117 et al. - FSIS Pathogen reduction and HACCP regulation 9 CFR 304 et al. - EU Regulation 2073/2005)을 따르는 위험 기반 안전 계획을 통해 제어해야 한다고 규정합니다.

오염된 식품 리콜의 의무화를 통해 푸드체인 전체의 식품을 매개로 한 위험의 관리에 적용되는 규제 프레임워크가 더욱 강화됩니다(FDA Food Safety Modernization Act, FSIS 9 CFR 304 et al., EU Regulation 178/2002).

시행되고 있는 규제 요건 외에도 식품 사업 운영자는 식품 안전 관리 계획에 리콜 또는 법적 기소가 자신의 사업에 미칠 수 있는 영향을 포함시켜야 한다는 점이 강조되어야 합니다.

EU에서 "Bacillus cereus 추정"이 6개월 미만의 신생아를 대상으로 하는 특수 의료 목적을 위한 건조 영아조제 분유 및 건조 식품에 대한 공정 위생 규제 기준으로 정의되었습니다(규정 1441/2007). 허용 상한선은 대상 고객의 잠재적인 취약성을 고려하여 500 UFC/g으로 설정되었습니다. 

그러나 이 명시적인 규제 기준 밖에서는 Bacillus cereus sensu lato 및 그 독소가 공중 보건 문제로 널리 인식되고 있으며 광범위한 식품 분야 및 식품과 연결되어 있으므로 해당하는 모든 미국 및 EU 식품 사업 운영자는 규정을 준수하기 위해 B. cereus의 위험을 자신의 식품 안전 계획에 통합하여 다운스트림 고객에 대한 공중 보건 위험을 제어해야 합니다. 

식품업계에서 B. cereus의 존재를 확인하고 수치화하는 방법은 무엇입니까??

EU 및 미국의 규제 프레임 모두 식품 사업 운영자가 HACCP에 기반한 관리 절차 및 모범 위생 관행이 올바르게 적용되고 있는지 정기적으로 검증하거나 확인할 때 적절한 미생물 검사를 수행하도록 규정하고 있습니다(EU Regulation 2073/2005 - FDA Food Safety Modernization Act).

역학 목적을 위한 발전된 검사(전체 리뷰는 EFSA, 2016 3.3절 참조) 외에도 "Bacillus cereus 추정"을 간단히 검출 및 수치화하는 방법이 산업 안전 관리 계획의 효율성에 대한 정기적인 검증에 필요한 요구사항에 부합한다는 것이 입증되었습니다. 다양한 표준 검사 방법(ISO 7932, ISO 21871, FDA-BAM, USDA/FSIS-MLG) 또는 검증된(AOAC OMA 혹은 RI, EN/ISO 16140-2) 신속 검사 방법들 또한 설명되었습니다. 

bioMérieux는 식품 안전 관리자에게 푸드체인 상에서 Bacillus cereus와 그 독소의 위험을 관리하기 위한 입증된 검증되고 표준화된 방법들을 제공합니다.

See also addendum January 07, 2022: DISTINCTION OF THE B. CEREUS GROUP SPECIES IN ROUTINE DIAGNOSTICS