STEC: 동물원성 독소를 생성하는 병원성 대장균, 농장에서 식탁까지
시가 독소 생성 대장균(STEC)이란 무엇입니까??
베로 독소 생성 대장균(VTEC)이라고도 불리는 시가 독소 생성 대장균(STEC)은 장내세균과에 포함되는 조건혐기성의 그람 음성인 막대 형태의 병원성 박테리아입니다. 이 박테리아는 각각 세균성 이질균 독소와의 유사성과 VERO 세포에 대한 세포독성 때문에 시가 독소(Stx) 혹은 베로 독소(Vtx)라고 이름이 붙은 독소를 생성합니다.
STEC은 체세포 항원 O과 편모 항원 H에 따라 혈청군(O) 또는 혈청형(O:H)으로 분류될 수 있습니다. 대장균 0157:H7 혈청형과 “비-O157” 혈청형인 1) 미국의 경우 O26, O45, O103, O111, O121, O145, 그리고 2) 유럽의 경우 O26, O103, O111 및 O145가 심각한 인간 감염과 연관되는 주요 STEC 혈청군입니다(CDC, 2012; USDA-MLG 2020; EFSA, 2020).
다만, 혈청군과 혈청형 외에도 독성 요소에 대한 정보를 담고 있는 유전자의 조합과 그 하위 유형이 STEC 분리주의 잠재적인 병원성의 특징을 더 잘 드러냅니다(EFSA, 2013, 2020, 2021).
Stx 독소는 병원성과 관련된 STEC 독성의 주된 결정 인자입니다. Stx 유전자는 대장균 염색체에 포함되어 있는 램도이드 박테리오파지에 의해 운반됩니다. 두 가지 주된 stx의 종류(stx1와 stx2)가 존재하며, 이는 또 다시 하위 유형(stx1은 4개, stx2는 12개)들로 나뉩니다. 한 종류의 균은 하위 유형이 stx1과 stx2인 유전자 혹은 하나 이상의 stx2 하위 유형 유전자를 보유하고 있을 수 있습니다.
추가적인 독성 유전자는 특히 내장 세포에서 인티민의 합성 및 형성을 담당하는 eae 유전자 코드와 같은 심각한 질병과 관련되는 것으로 확인되어 왔으며(Caprioli et al., 2005; Bolton, 2011), 다만, 이러한 독성 인자의 존재는 항상 질병의 중증도를 결정하는 데 필수적인 것은 아니며, 이는 또 다른 결합 기전이 있음을 암시합니다(EFSA, 2020).
과거에는 장출혈성 대장균(EHEC)는 심각한 예후 및 질병의 유행과만 관련된 STEC 혈청군의 극히 일부에 해당하는 하위 집합이라 생각되었었습니다. 보통 대부분의 EHEC는 stx+, eae+이었습니다. 그러나 대장균 O80:H2(Nurcan et al., 2016)와 같은 새로운 EHEC 혈청형이 등장하고 있으며, 무엇보다도 출혈성 대장염(HC)과 관련이 있는 O91:H21, O104:H4, 그리고 O113:H21과 같은 흔치 않은 혈청형 내의 일반적이지 않은 eae- 균주 또한 포함했었습니다(Caprioli et al., 2005; EFSA, 2020). 따라서 EHEC라는 용어는 이제 더 이상 사용되지 않아야 하며, STEC로 대체되어야 합니다(EFSA, 2020).
소비자에게 있어 어떤 위험이 있습니까?
모든 STEC 균주는 인간에게 병원성이 있으며 최소한 설사를 유발할 수 있습니다. 특정 stx 하위 유형의 존재 및 eae 유전자의 유무에 따라서 모든 STEC 하위 유형이 용혈성 요독 증후군(HUS), 혈변(BD), 신부전, 입원 및 사망과 같은 심각한 질병과 연관이 있을 수도 있습니다(EFSA, 2020). 일부 생존자에게는 신부전 및 신경학적 장애와 같은 영구적인 장애가 남을 수 있습니다(FDA, 2012).
HUS, BD 및 입원률이 가장 높은 것은 Stx2a였습니다. 하지만, 다른 모든 stx 하위 유형이나 그 조합 또한 이러한 심각한 질병 중 적어도 하나와 관련이 있었습니다. eae 유전자의 존재는 악화인자로, HUS와 같은 심각한 질병으로 병이 악화되는 경우가 잦았습니다(FDA, 2012).
감염에 필요한 세포 수가 세포 1-100개 정도로 적기 때문에 STEC에 노출될 시 감염될 가능성이 높습니다(Caprioli el al., 2005; EFSA, 2020). 데이터에 따르면 연령 < 5세, 면역 억제, 기저 질환과 같은 개별적인 요인이 임상적인 감염의 발생률 및 중증도에 큰 영향을 미칠 수 있습니다(EFSA, 2013, 2020).
주요 수치:
미국의 경우
CDC는 진단과 보고 수가 적다는 점을 고려하여 비-O157 STEC가 대장균 O157:H7 균주보다 식품을 매개로 하는 감염을 2배(각각 112,752명과 63,153명) 더 많이 유발했다고 추정하였습니다. 입원 및 사망률은 O157의 경우 각각 46% 및 0.5%, 비-O157 STEC의 경우 각각 13% 및 0.3%로 집계되었습니다(Scallan et al., 2011).
2019년에는 2016-2018년 동안에 비해 STEC 사례의 비율(100,000명당 6.3건)이 크게 증가(+34%)했으며, 입원 및 사망률은 각각 21% 및 0.3%였습니다(CDC, 2020).
EU의 경우
2019년에 STEC 감염은 인간에서 세 번째로 가장 많이 보고된 동물원성 감염증(100,000명당 2.1건)이었고 2015년 대비 2019에 건수가 증가하였습니다. 확인된 사례 7,775건 포함, 총 7,894건의 STEC 감염 사례가 보고되었습니다. 입원 및 사망률은 각각 37.3% 및 0.2%였습니다(EFSA, 2021).
STEC은 어떻게 전파됩니까?
STEC는 동물원성 감염원, 즉 증상을 보이지 않는 동물에게서 사람으로 전염되는 병원성 미생물입니다. 소, 양, 염소, 그리고 사슴과 같은 반추동물이 STEC의 가장 중요한 보균자입니다.
반추동물의 분변으로 오염된 식품을 섭취하는 것이 인간에게서의 STEC 감염의 주된 원인(60~80%)이라 판단되고 있습니다(EFSA 2020; Scallan et al., 2011).
또한, 환경에서 물이 분변으로 오염되는 것, 동물과의 직접적인 접촉, 그리고 사람에서 사람으로의 전파 또한 가능한 전파 경로라 확인되었습니다(Caprioli et al., 2005; EFSA, 2020).
STEC의 영향을 받는 식품업계에는 무엇이 있습니까?
'소고기 및 이를 사용한 소고기 제품', '처리되지 않은 우유 및 이를 사용한 유제품', '우물물을 포함한 수돗물', '야채, 과일 및 이를 사용한 제품'은 식품을 매개로 한 STEC 유행의 주요 원인이라 간주되고 있습니다(FDA, 2012; EFSA, 2020 & 2021).
식품업계에서 STEC을 예방하고 통제하는 방법은 무엇입니까??
EU 및 미국 규정은 푸드체인 사업 운영자들에게 변질 방지(EU 178/2002; Federal Food, Drug & Cosmetic Act,1938; FDA-FSMA, 2011; Federal Meat Inspection Act,1906)와 HACCP 기반 제어 시스템 및 모범 위생/제조 관행을 광범위하게 적용하고 있습니다.(FDA 21CFR 1 et al.; USDA-FSIS 9CFR 304 et al.; EU 852/2004 & 2073/2005).
오염된 식품 리콜의 의무화를 통해 푸드체인 전체의 식품을 매개로 한 위험의 관리에 적용되는 규제 프레임워크가 완성됩니다(FDA-FSMA, 2011; USDA-FSIS 9CFR 304 et al.; EU 178/2002).
공중보건 및 소비자 보호에 필수적인 주된 병원성 STEC에 의한 식품의 변질에 대한 엄격한 통제에 관련된 요구 사항은 공식적으로 규제 기관의 다음과 같은 특정 법률을 통해 추가적으로 적용되고 있습니다.
1994년, 미국 농무부(USDA)의 식품 안전 검사국(FSIS)이 대장균 O157:H7을 익히지 않은 간 소고기의 불순물로 선언하였으며, 병원체 감소 및 HACCP 규정에 포함시켰습니다(9CFR304 et al., 1996). 또한, 비-O157 STEC의 구체적인 공중 보건에 대한 영향에 대한 인식이 높아짐에 따라 USDA-FSIS는 추가적으로 2011년에 상위 6개의 비-O157(O26, O45, O103, O111, O121, O145) STEC 혈청군을 가공되지 않은 익히지 않은 소고기 제품 및 가공된 익히지 않은 소고기 제품의 불순물로 추가로 선언했고(USDA-FSIS, 2011), 이후 간 소고기, 손질 잔여물, 그리고 기타 익히지 않은 간 소고기의 구성물에도 같은 조치를 취했습니다(USDA-FSIS, 2020).
또한 식품의약국(FDA)은 식용으로 재배된 과일 및 채소에 대해 주간 유행의 주요 원인을 나타내는 "농산물의 안전한 재배, 수확, 포장 및 보관을 위해"(FDA, 2015) STEC 위험을 통합한 과학에 기반하는 최소한의 기준을 설정하였습니다.
EU에서는 동물원성 감염증 지침 99/2003을 통해 2003년에 식품을 매개로 한 질병의 인간 STEC 감염 유행에 대한 모니터링을 의무화했습니다. 위생 포장 조건 규정 2073/2005에서 EU는 “익히지 않거나 덜 익힌 소고기 또는 다른 반추동물의 고기, 다지거나 발효된 소고기 및 그를 사용한 제품, 처리되지 않은 우유 및 이를 사용한 제품, 신선한 농산물, 특히 싹이 튼 씨앗, 저온 멸균되지 않은 과일 및 야채 주스에 포함된 VTEC는 공중보건에 있어 큰 위협이다”고 강조하였습니다. 이후 2011년도의 STEC O104:H4 대유행 이후, EU는 마침내 시가 독소를 생성하는 대장균 O157, O26, O111, O103, O145, O104:H4를 새싹이나 소비되는 관개용수의 식품 안전 기준으로 정의했습니다(EU 209/2013).
이에 따라 미국 및 EU의 푸드체인 사업 운영자와 집행/규제 기관은 농장에서 식탁까지, 더 나은 관리와 향상된 소비자/공중 보건 보호를 위해 필요한 경우 STEC 위험 관리에 각별한 주의를 기울여야 합니다.
식품업계에서 STEC의 존재를 확인하는 방법은 무엇입니까??
EU 및 미국의 규정 모두 식품 사업자가 HACCP에 기반한 관리 절차 및 모범 위생 관행의 효과를 검증하거나 확인할 때 적절한 미생물 검사를 수행하도록 규정하고 있습니다(EU 852/2004, 2073/2005; FDA-FSMA, 2011).
효과적인 병원성 STEC-HACCP 관리 절차도 일반적인 대장균의 정기적인 모니터링을 분변으로 인한 오염의 통제에 통합할 수 있습니다. 규제/집행 기관이 시행하는 주요 병원성 STEC 혈청군에 대한 보완적인 정기적 신뢰성 검사(USDA-FSIS, 2020; EU 99/2003, 625/2017)는 검증 목적과 리콜 또는 법적 기소의 방지를 위해 시행되는 경우가 많습니다.
다음과 같은 목적에 대한 여러 표준 방법들(ISO, FDA-BAM; USDA/FSIS-MLG)이 설명되어 있습니다.
- 식품 또는 물에서의 일반적인 대장균 모니터링을 위해(FDA, 2020a; USDA-FSIS, 2015; US EPA 40CFR136; ISO 16649; ISO 9308),
- 주요 병원성 STEC의 선별검사를 위해(ISO 16654; ISO/TS 13136; FDA 2015 & 2020b; USDA-FSIS-MLG, 2019),
참고: 기술 사양 ISO/TS 13136:2012의 개정이 완전한 ISO 표준의 출판을 목표로 시작되었습니다.
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공식 검증 목록: https://www.biomerieux-industry.com/products/tempo-food-quality-indicators (페이지 하단)
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- GENE-UP® STEC – Top 6(EH2) 대장균 O26, O45, O103, O111, O121, O145 혈청형의 검출을 위한 정성적 분석
- GENE-UP® EHEC series(ECO 2 or EH1 2 or EH2 with Immunoconcentration) :
VIDAS® 제품군 장비를 사용해 대장균 O26, O45, O103, O111, O121, O145 및 O157의 면역농축측정을 시행할 때 사용하는 VIDAS® 대장균 혈청군(ESPT) 자동 검사
- GENE-UP® Pathogenic E. coli : 병원성 STEC의 검출을 위한 새로운 접근법(사용가능 여부 상담 필요)
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(페이지 하단)
Identification:
- API®
- VITEK® 2C GN
- VITEK® MS
공식 검증 목록 https://www.biomerieux-industry.com/products/identification
(페이지 하단)
- 광범위 β‑Lactamase 생성 장내세균(ESBL)을 위한 다양한 배지 및 발색 배지.
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