설치류에서 Pasteurella속 감염과 [Pasteurella] pneumotropica, Rodentibacter heylii, Rodentibacter peumotropicus

Manual of microbilogic monitoring of laboratory animals

Morphology: [Pasteurella] penumotropica는 비운동성, 그람음성. 아포를생성하지 않는 간균(단간균)이며 그 길이는 1~2um이다.

배양: 호기성 환경아래 37도씨 에서 24시간에서 48시간 배양시 혈액한천배지에서회색에서 노란색의 0.5mm~1.5mm의 부드럽고 용혈성이 없는 세균이 자란다. 대부분은 그람음성 세균 배지인 McConkey agar에서 자라지 않는다. (LB agar도 마찬가지이다.) 대부분의  [Pasteurella] penumotropica 는  Actinobacillus 속의 세균과 유사한 형태를 띈다.

 

숙주: [Pasteurella]penumotropica 는 대부분의 실험실 설치류에게 흔하게 발견된다. 마우스, 랫드, 기니픽, 햄스터, 토끼에서 발견된 보고가 있으며, 야생의 랫드, 가금류, 개, 그리고 사람에게서의 보고도 존재한다. 

 

분포:  [Pasteurella] penumotropica 는 전세계적인 실험동물 시설의 convention환경과 barrier환경에 흔하게 존재한다.

 

감염의 의미: [Pasteurella] penumotropica 는 설치류의 상부기도, 결막, 결막에 존재하는 눈물샘등에 지속적으로 감염된다. 하지만 폐, 기도, 방광, 피부, seminal vesicle등의 조직에도 흔하게 감염되며 생식기나 요로에도 감염된다. 분변에서 발견되는지는 잘 알려진 바가 없다. 전염은 상푸호흡기나 요도, 혹은 분변에서 나오는 분비물에 직접 접촉하였을 경우 생긴다.

 

이환률과 치명률: 질병의 이환은 다양한 양상을 보이는데, 이는 설치류의 유전자 타입, 다른 병원체의 감염, 그리고 사육도중 받는 스트레스나 실험 도중의 스트레스에 영향을 받기 때문이다. 보통 [P]. pneumotropica 감염에 의해서 동물이 사망하는 경우는 거의 없다. Mycoplasma pulmonis나 Sendai virus 가 복합 감염된 경우에 치명률이 올라간다는 보고는 존재한다.

 

병리: [P]. pneumotropica 는 점막에 감염되지만 질병을 일으키지 않는 경우가 대부분이다. pneumotropica라는 어원 자체가 폐에 감염될 것 같지만, 폐조직에 감염되는 경우는 매우 적게 보고되어 있다. [P]. pneumotropica 는 화농성 호흡기 병변에서 가끔 1차 병원체로 언급되긴 하지만, 대부분은 복합감염으로 인한 병변이다. panophthalmitis, muscle abscess. preputial gland abscess, mastitis 등에서도 분리된 보고가 있다. 

 

진단: Actinobacillus-Pasteurella-Hemophilus는 비슷한 taxa를 가지고 있기때문에 구분하는데 꽤 어려움을 겪는다. 혈청학적인 진단방법은 상용화 되고 있지 않다.

 

인수공통인가? [P]. pneumotropica 의 사람에게의 감염은 흔하지 않지만, 가끔 발생하고 있는데 이는 대부분 강아지나 고양이에게 물림으로 인해서 발생한다.

 

항생제 처치가 효과적일까? 몇몇 문헌에서 ampicillin, chloramphenicol, oxytetracycline등을 이용한 clearance 방법이 언급된다. ampicillin을 이용한 치료가 career상태의 동물에게서도 [P]. pneumotropica 를 제거하는 데 효과적이라는 보고가 존재한다.

 

청정화: 생식기 점막에도 감염되기 때문에 대리모를 이용한 청정화 방법이 추천된다. 

 

개인적인 사담

 [Pasteurella] penumotropica 는 SPF 설치류에서 그 감염사고가 빈번하게 일어나는 세균중 하나이다. 이들의 가장 큰 문제점은 진단하기가 어렵다는 점인데, 이는 이 세균의 taxonomy가 완벽하지 않았기 때문이다. Pasteurella, Haemophilus, Actinobacilus이 세개의 속은 최근에 나뉘어 졌으며, 이들을 표현형으로 구분하기 쉽지 않았고, 16S rRNA를 이용한 분류또한 완전하지 않아 진단의 혼선을 막기 위해서 2014년 FELASA에서는[P]. pneumotropica라는 특정 종이 아닌 Pasteurallae 전체를 검사하길 권장했다. 

 

이러한[P]. pneumotropica 는 두개의 biotype이 존재했다. Biovar Jawetz와 Biovar Heyil 이었다. 이 둘은 비슷한 시기에 발표되어서 하나의 세균으로 인식되었나 외형이나 생화학적인 특징이 약간 다르며, 염기서열에도 차이가 있는 등의 차이를 보였다. 그렇지만 이 두가지 biovar중 어느 strain이 과연 설치류에 병변을 일으키는가에 대한 의견이 분분했고, 숙주 밖에서 오랫동안 생존하지 못하고 직접 접촉으로 인한 감염이 주로 이루어지는 이 세균의 특성상 감염 실험이 쉽지 않은데다 1차 병원체로 작용할 만큼 병원성이 강하지 않았기 때문에 보고가 적다.

 

이러한 혼란이 가중되는 가운데, 2017년에 [P]. pneumotropica는 새로운 속인 Rodentibacter로 재분류 된다[P]. pneumotropica Biovar Jawetz는 R. pneumotropicus로, [P]. pneumotropica Biovar Heyil은 R. heylii로 각각 분류되었다. 두 세균의 표현형 자체가 다르기 때문에, 이를 조금 설명하고자 한다.

R. heylii

이전에 [P]. pneumotropica Biovar Heyil 로 분류되었던 R. heylii는 흔하게 분리되고 있다. R. pneumotropicus와 가장 큰 차이점은 혈액한천배지에서 배양 하였을 때의 Colony 색상이다. R. heylii는 불투명한 회색-노란색의 colony를 보이는 것이 특징이다. 배양 되었을 때 Rodentibacter sp.의 냄새가 있어서 세균이 자라는 양상을 가지고도 대략적인 추측이 가능하다.

R. pneumotropicus

이전에 [P]. pneumotropica Biovar Jawetz 로 분류되었던 R. pneumotropicus는 R. heylii보단 드물지만, 다른 일반적인 모니터링 항목에 비해선 빈번하게 검출되고 있다. 혈액한천배지에서 배양 하였을 때 반투명한 흰색-회색의 colony를 보이는 것이 특징이며, 특유의 냄새가 난다.

 

R. ratti

이전에 Pasteurella taxon 22로 분류되었던 R. ratti는 설치류에서 가끔 분리 동정되고 있다. R. pneumotropicus와 형태학적인 특징이 거의 같고, 16S rRNA sequence 자체도 매우 유사하여 질량 분석기(MALDI-TOF MS)와 같은 방법을 사용하여 구분해내기 어려운 상황이다.

 

Muribacter muris

이전에 Actinobacillus muris로 구분되었던 이 세균도 최근에 들어서 M. muris로 재동정 되었다.  [P]. pneumotropica 와 생리생화학적인 특징이 비슷한 것이 특징이다. 혈액한천 배지에서 배양 하였을 때의 특징은 colony크기가 더 크고, 가장자리 부분이 살짝 울퉁불퉁하게 자란다는 점이다. Rodentibacter sp.와는 다른 냄새가 난다. 하지만 16S rRNA sequence의 유사성에 따라 학계에 알려진 [P]. pneumotropica 진단을 위한 pcr primer 사용시(CIEA) band가 나타나기도 한다.

 

진단을 어떻게 해야할까?

불완전한 taxon과 다양한 표현형, 거기에다 높은 감염율까지 보이는 [P]. pneumotropica 의 분리동정은 실험동물 사육시설 미생물모니터링에서 큰 이슈중 하나였다.  2005년에 보고된 Hayashimoto et al.의 추천사항은 다음과 같았다.

 

1. 혈액한천배지에서 37도씨, 48시간 배양하여 형태학적인 검사를 실시한다.

2. gram 염색 실시한다.

3. antisera를 이용하여 agglutination 검사를 실시한다.

4. 생리생화학적 검사를 실시한다.

 

최근에는 qPCR을 이용하여 IVC Rack에서의 Rodentibacter 검출에 관한 보고도 존재하며, 질량분석기인 MALDI-TOF MS를 이용한 분석이 효율이 높다는 보고또한 존재한다. 하지만 R. heylii, R. pneumotropicus, R. ratti 세 세균의 16S rRNA  pattern이 비슷하기 때문에 항상 진단에는 신중을 가해야 할 것이다. 

 

항생제 treatment가 답일까?

[P]. pneumotropica  감염에 대응하기 위한 antibiotics treatment에 관한 문헌이 다수 존재하며, 이들은 굉장히 효과적이라고 이야기한다. 하지만 감염이 드문드문 이루어지고, 질병 발생이 잘 되지 않는 [P]. pneumotropica 의 특성과 전수 조사가 어려운 실험동물 사육시설의 특성상 다시 재발하지 않는다는 보장은 없다. 더군다가 항생제 tx 기간, 그리고 항생제가 체내에서 줄어드는 기간 동안엔 실험을 하기 어려운 점까지 고려한다면 항생제 처치를 하여 동물을 유지하는 것이 더 큰 비용발생으로 이어질 수 있다는 점을 명심해야 한다.

 

1.Hayashimoto, Nobuhito, et al. "Identification procedure for Pasteurella pneumotropica in microbiologic monitoring of laboratory animals." Experimental animals 54.2 (2005): 123-129 

2. Buchheister S, et al.One for two: A novel and highly sensitive virulence factor-based quantitative polymerase chain reaction assay for the simultaneous detection of Rodentibacter pneumotropicus and Rodentibacter heylii in environmental sample material. Laboratory Animals. 2020;54(3):239-250

3. Kähl, Sophie, et al. "Differentiation of Rodentibacter pneumotropicus, Rodentibacter heylii and Muribacter muris by MALDI-TOF MS." Journal of microbiological methods 169 (2020): 105836.