Bordetella pertussis

백일해 독소는 Bordetella pertussis가 생산하는 가장 중요한 병원성 인자 중 하나로, 백일해의 특징적인 임상 증상을 유발하는 핵심 독소이다. 이 독소는 A-B 구조를 가진 단백질 독소로, A 소단위는 효소 활성을, B 소단위는 표적 세포에 대한 부착을 담당한다.

백일해 독소의 주요 작용 기전은 숙주 세포 내의 G 단백질 신호 전달 경로를 교란하는 것이다. 독소는 세포 내로 들어가 특정 G 단백질을 ADP-리보실화하여 그 기능을 영구적으로 비활성화시킨다. 이로 인해 아데닐산 고리화효소의 조절이 붕괴되어 세포 내 cAMP 농도가 비정상적으로 증가하게 되며, 이는 다양한 세포 기능의 심각한 장애를 초래한다.

백일해 독소는 백일해의 병리 생리에 광범위하게 관여한다. 독소는 림프구증다증을 유발하고, 인슐린 분비를 촉진하여 저혈당을 일으키며, 히스타민에 대한 민감성을 증가시켜 쇼크를 유발할 수 있다. 또한, 기관과 기관지의 섬모 운동을 마비시켜 점액 제거 기능을 손상시키고, 이는 심한 기침 발작과 이차 감염의 위험을 높이는 요인이 된다.

현대의 백일해 백신은 대부분 무세포 백신으로, 정제된 백일해 독소를 비롯한 몇 가지 주요 항원 성분을 포함한다. 백신에 포함된 백일해 독소는 화학적 또는 유전적 방법으로 독성을 제거한 톡소이드 형태로, 항독소 면역을 유도하여 질병으로부터 보호하는 데 기여한다.

기관세포독소는 Bordetella pertussis가 생산하는 주요 독소 중 하나로, 세균의 병원성에 중요한 역할을 한다. 이 독소는 세균의 세포 표면에 존재하는 열불안정성 독소로, 숙주 세포의 다양한 신호 전달 경로를 교란시킨다. 기관세포독소는 숙주의 면역 세포 기능을 억제하고, 염증 반응을 조절하여 세균이 숙주 내에서 지속적으로 생존하고 증식할 수 있도록 돕는다.

기관세포독소의 작용 기전은 아데닐산 고리화효소를 과도하게 활성화시키는 데 있다. 이 효소의 활성화로 세포 내 고리형 아데닌 일인산의 농도가 비정상적으로 증가하며, 이는 세포의 대사 조절에 심각한 혼란을 초래한다. 결과적으로 섬모 상피세포의 섬모 운동이 마비되고, 호중구의 화학주성과 탐식 작용이 억제되어 기도 청정 기능이 저하된다. 이로 인해 기관 점막의 방어 기작이 무너지고, 세균이 기도에 쉽게 부착 및 증식할 수 있는 환경이 조성된다.

기관세포독소는 백일해의 전형적인 증상인 심한 기침 발작과도 연관이 있다. 독소에 의해 유발된 지속적인 염증과 세포 손상은 기도 과민성을 유발하고, 이는 결국 제어하기 어려운 기침 반복으로 이어진다. 백일해 독소와 상승작용을 일으켜 질병의 중증도를 높이는 것으로도 알려져 있다. 따라서 기관세포독소는 Bordetella pertussis의 병원성을 이해하는 데 있어 백일해 독소 못지않게 중요한 표적이다.

부착 인자는 Bordetella pertussis가 숙주 호흡기 상피 세포에 달라붙어 감염을 시작하는 데 필수적인 요소이다. 주요 부착 인자로는 필라(편모), 주상세포독소, 퍼탁틴 등이 있다. 필라는 세균 표면에서 돌출된 가는 사상 구조로, 숙주 세포의 특정 수용체에 결합하는 역할을 한다. 주상세포독소는 세균 외막에 위치한 섬유소원 결합 단백질로서, 세균이 숙주 세포에 강하게 부착하도록 돕는다. 퍼탁틴은 세균 외막 단백질의 일종으로, 면역 회피와 관련이 있을 뿐만 아니라 부착에도 기여하는 것으로 알려져 있다.

이러한 부착 인자들은 백일해 독소 및 기관세포독소와 같은 주요 독소들의 작용과 상호작용하며, 병원체의 병원성을 완성한다. 부착은 세균이 숙주 조직에 정착하고, 독소를 효과적으로 분비하며, 결국 심한 기침 발작을 특징으로 하는 백일해 임상 증상을 유발하는 첫 단계이다. 백일해 백신은 이러한 주요 부착 인자들에 대한 항체 생성을 유도하여 감염을 예방하는 데 기여한다.

백일해의 임상 증상은 전형적으로 카타르기, 경련기, 회복기의 세 단계로 진행된다. 초기 카타르기는 1-2주간 지속되며, 감기와 유사한 경미한 기침, 콧물, 미열 등의 증상을 보인다. 이 시기에는 전염성이 가장 높지만, 백일해로 의심하기 어려운 경우가 많다.

이후 경련기로 접어들면 심한 기침 발작이 특징적으로 나타난다. 발작은 밤에 더욱 심해지는 경향이 있으며, 한 번에 수 분간 지속되고 하루에 수십 차례 발생할 수 있다. 격렬한 기침 끝에 숨을 들이마실 때 급격한 공기의 흡입으로 인해 '후파' 소리가 나며, 기침 후 구토를 동반하는 경우가 흔하다. 영아의 경우 호흡 곤란과 청색증이 나타날 수 있으며, 경련기 증상은 보통 2-8주간 지속된다.

마지막 회복기에는 기침의 빈도와 강도가 서서히 감소하지만, 수개월 동안 기침이 잔존할 수 있다. 청소년이나 성인, 백신을 접종한 경우에는 이러한 전형적인 증상이 나타나지 않고, 단순히 오래 지속되는 기침만이 유일한 증상일 수 있어 진단이 늦어지는 원인이 되기도 한다. 주요 합병증으로는 폐렴, 경련, 뇌병증, 탈장 등이 있으며, 특히 생후 1세 미만의 영아에서 발생 시 입원과 사망 위험이 높다.

백일해의 진단은 임상 증상과 실험실 검사를 통해 이루어진다. 전형적인 임상 양상은 심한 발작성 기침, 기침 후 들이마시는 숨소리에서 나는 후파(Whooping) 소리, 그리고 기침 후 구토를 포함한다. 특히 영아나 어린 아이들에게서 이러한 증상이 두드러지게 나타난다. 그러나 성인이나 예방접종을 완료한 개체에서는 이러한 전형적인 증상이 나타나지 않고 지속적인 기침만 보일 수 있어 진단이 어려울 수 있다.

실험실 진단은 세균 배양, 중합효소연쇄반응(PCR), 그리고 혈청학적 검사를 통해 이루어진다. 세균 배양은 진단의 금표준으로 간주되며, 발병 초기(카타르기)에 비인두 도말 검체를 채취하여 특수 배지에서 배양한다. 그러나 Bordetella pertussis는 배양이 까다로워 검체 채취와 운송 조건이 매우 중요하며, 검사 민감도가 낮은 편이다. PCR 검사는 배양보다 민감도가 높고 결과가 빠르게 나온다는 장점이 있어 널리 사용된다.

혈청학적 검사는 주로 회복기나 예방접종력이 있는 환자에서 유용하다. 이는 혈액 내 항체 가를 측정하여 최근 감염을 확인하는 방법이다. 그러나 예방접종을 받은 경우에도 항체가가 상승할 수 있어 해석에 주의가 필요하다. 최근에는 다중 PCR을 이용해 Bordetella pertussis와 함께 Bordetella parapertussis 등 다른 원인균도 동시에 검출하는 방법이 사용되기도 한다.

백일해의 치료는 주로 항생제 요법과 보조적 치료로 이루어진다. 항생제는 감염 초기에 투여할수록 증상 완화와 전염 기간 단축에 효과적이다. 일반적으로 사용되는 1차 치료제는 마크로라이드 계열 항생제인 아지트로마이신, 클래리스로마이신, 에리스로마이신이다. 이러한 항생제는 *Bordetella pertussis*를 제거하여 환자의 전염성을 감소시키는 데 목적이 있다. 그러나 항생제가 기침 발작 자체의 지속 시간을 크게 줄이지는 못한다는 점이 특징이다.

마크로라이드 계열 항생제에 알레르기가 있거나 부작용이 있는 경우, 트리메토프림/설파메톡사졸과 같은 대체 약제가 사용될 수 있다. 치료는 보통 1~2주간 지속된다. 항생제 치료는 증상 발현 후 3주 이내에 시작하는 것이 가장 효과적이며, 이 시기를 넘기면 세균 제거 효과는 떨어지지만 여전히 전염 예방을 위해 투여될 수 있다.

치료의 또 다른 중요한 측면은 보조적 관리이다. 심한 기침 발작과 구토로 인해 환자, 특히 영아는 탈수와 영양 실조의 위험에 처할 수 있다. 따라서 충분한 수분 섭취와 소량의 빈번한 식사가 권장된다. 심한 경우에는 입원이 필요할 수 있으며, 병원에서는 산소 요법, 기도 분비물 제거, 정맥 수액 공급 등의 지지 요법이 제공된다. 기침 억제제의 효과는 일반적으로 제한적이다.

가족 내 감염 예방을 위한 노력도 치료 과정의 일부이다. 환자와 밀접 접촉한 사람, 특히 백신 접종을 완료하지 않았거나 면역력이 약한 가족 구성원에게는 예방적 항생제 투여가 권고된다. 이는 잠복기 동안 세균의 확산을 차단하는 데 도움이 된다. 백일해는 초기 증상이 감기와 유사하여 진단이 늦어지는 경우가 많으므로, 지속적인 심한 기침이 나타나면 적절한 검사를 통해 신속한 진단과 치료 개시가 중요하다.

백일해의 예방은 주로 백신 접종을 통해 이루어진다. 백일해 백신은 일반적으로 디프테리아와 파상풍 톡소이드와 함께 혼합된 DTaP(소아용) 또는 Tdap(청소년 및 성인용) 백신 형태로 접종된다. 이 백신은 Bordetella pertussis 세균이 생성하는 주요 독소인 백일해 독소를 비롯한 여러 항원에 대한 면역을 유도하여 질병을 예방하거나 증상을 경감시키는 데 효과적이다.

예방 접종 일정은 국가별로 약간의 차이가 있을 수 있으나, 일반적으로 영유아기에 기초 접종을 실시하고, 이후 추가 접종을 통해 면역력을 유지한다. 소아의 경우 생후 2, 4, 6개월에 3회의 기초 접종을 받고, 15~18개월과 4~6세 사이에 각각 추가 접종을 받는 것이 표준 권장안이다. 청소년기(11~12세 경)에는 Tdap 백신으로 추가 접종을 받는 것이 권장되며, 성인도 10년마다 파상풍-디프테리아(Td) 백신 대신 Tdap 백신을 접종하여 백일해에 대한 면역을 보강할 수 있다.

이는 특히 영아 집단에서 백일해로 인한 심각한 합병증과 사망을 예방하는 데 중요하다. 영아는 면역 체계가 완전히 발달하지 않아 백일해에 취약하며, 감염 시 호흡 부전이나 경련, 뇌병증 등이 발생할 위험이 높다. 따라서 임산부가 임신 후기(27~36주)에 Tdap 백신을 접종하면 모체에서 생성된 항체가 태반을 통해 태아에게 전달되어 출생 후 처음 몇 달 동안 신생아를 보호하는 데 도움이 된다.

백신 접종 외에도 감염 예방을 위한 개인 위생 수칙을 준수하는 것이 중요하다. 백일해는 공기 전파되는 감염병이므로, 기침이나 재채기를 할 때는 휴지나 옷소매로 입과 코를 가리는 기침 예절을 지키고, 비누와 물로 손을 자주 씻는 것이 기본이다. 백일해가 의심되는 환자와의 밀접 접촉을 피하고, 필요한 경우 의사의 판단에 따라 예방적 항생제 투여를 고려할 수 있다.