미생물학 — 2강: 면역학·임상 진단·감염 역학

면역학

면역 체계 개요:
→ 숙주 방어 기전 두 가지 층:
  선천 면역 (Innate Immunity): 빠르고 비특이적
  적응 면역 (Adaptive Immunity): 느리고 항원 특이적
→ 1차 방어선: 피부·점막·점액·섬모

선천 면역 (Innate Immunity):
→ 패턴 인식 수용체 (PRR):
  Toll-유사 수용체 (TLR): 세균 LPS·바이러스 RNA 인식
  NOD-유사 수용체: 세포질 내 병원체 감지
→ 주요 세포:
  호중구 (Neutrophil): 가장 풍부·식균 작용·선두
  대식세포 (Macrophage): 식균·사이토카인 분비
  자연 살해 세포 (NK Cell): 감염·암세포 제거
  수지상 세포 (Dendritic Cell): 항원 제시·면역 연결
→ 보체 계 (Complement System):
  C1~C9: 고전·렉틴·대안 경로
  삼공 형성 (MAC): 세균 세포막 파괴
  옵소닌화: C3b 코팅→식균 촉진
→ 염증 반응:
  혈관 확장·투과성 증가
  히스타민·사이토카인·프로스타글란딘
  전형적 증상: 발적·부종·발열·통증

적응 면역 (Adaptive Immunity):
→ 항원 제시:
  MHC 클래스 I: 모든 유핵 세포·세포 내 항원
  MHC 클래스 II: 항원 제시 세포(APC)·외부 항원
→ T 세포:
  CD4+ T 도움세포: MHC II 인식
    Th1: 세포 내 병원체·대식세포 활성화
    Th2: 기생충·IgE·비만 세포
    Th17: 진균·세균·점막 면역
    Treg: 자가 면역 억제
  CD8+ 세포독성 T세포: MHC I 인식→감염 세포 사멸
  기억 T세포: 재감염 신속 대응
→ B 세포와 항체:
  형질 세포 (Plasma Cell): 항체 대량 분비
  IgM: 초기 면역 반응·오량체
  IgG: 가장 풍부·2차 반응·태반 통과
  IgA: 점막 분비형 (침·눈물·모유)
  IgE: 알레르기·기생충 방어
  IgD: B세포 수용체
→ 클론 선택 이론: 항원 특이 B세포 증폭
→ 체세포 과변이: 항체 친화도 성숙

면역 기억과 백신:
→ 1차 반응: IgM 우선·느리고 낮은 역가
→ 2차 반응: IgG 우선·빠르고 높은 역가
→ 예방 접종 원리: 1차 반응→기억 세포 형성
  추가 접종 (Booster): 역가 유지·기억 세포 보충
→ 수동 면역: 항체 직접 주입 (즉효·단기)
  예: 파상풍 면역글로불린·뱀독 항혈청

면역 이상:
→ 과민 반응 (Hypersensitivity):
  I형 (즉시형): IgE·비만세포·아나필락시스·알레르기
  II형 (세포독성형): IgG·IgM·표적 세포 파괴·수혈 반응
  III형 (면역복합체형): 항원-항체 복합체 조직 침착
  IV형 (지연형): T세포 매개·접촉성 피부염·결핵 피부 반응
→ 자가 면역 질환: 자기 항원 공격
  전신 홍반성 루푸스·류마티스 관절염·1형 당뇨
→ 면역결핍:
  원발성: 선천성 (SCID·X-연관 무감마글로불린혈증)
  이차성: HIV·면역억제제·항암 치료

임상 진단 미생물학

검체 채취와 처리:
→ 원칙: 무균적 채취·신속 처리·적절 보관
→ 주요 검체 유형:
  혈액: 혈액 배양 2 set 이상·공기 노출 최소화
  소변: 중간뇨 (Midstream Clean-catch)
  호흡기: 객담·기관지 폐포 세척·비인두 면봉
  창상: 깊은 곳 면봉·조직 생검 우선
  뇌척수액 (CSF): 요추 천자·신속 처리 필수

직접 검경법 (Microscopy):
→ 그람 염색: 그람 양성 (보라)·그람 음성 (분홍)
  임상 초기 진단·즉각 정보 제공
→ 항산 염색 (AFB Stain): 결핵균·비결핵성 항산균
  Ziehl-Neelsen·형광 염색 (아우라민)
→ KOH 도말: 진균 균사·포자 직접 관찰
→ 인도잉크 염색: 크립토코쿠스 피막 확인
→ 암시야 현미경: 매독균 트레포네마
→ 전자 현미경: 바이러스 형태 직접 확인

배양 (Culture):
→ 고체 배지:
  혈액 한천: 용혈 패턴 (알파·베타·감마)
  MacConkey 한천: 그람 음성균 선택·젖당 발효
  TCBS 한천: 콜레라균 선택
  Chocolate 한천: 헤모필루스·나이세리아
→ 액체 배지: 혈액 배양 Bottle (호기·혐기)
→ 특수 배지:
  뢰벤슈타인-옌센 (Lowenstein-Jensen): 결핵균
  Thayer-Martin: 임균 선택
→ 배양 조건:
  호기·혐기·CO2 (5~10%)·미호기성
  온도: 대부분 35~37°C·캄필로박터 42°C
→ 동정 (Identification):
  생화학 검사: 당 발효·효소 반응
  MALDI-TOF MS: 질량 분석·신속·정확
  16S rRNA 염기서열 분석

혈청학적 진단:
→ ELISA: 항원 또는 항체 검출·고감도
  HIV 선별·B형 간염 HBsAg·매독 VDRL
→ 면역형광법 (IFA): 자가 항체·형광 패턴
→ 웨스턴 블롯: HIV 확인 검사·단백질 밴드 확인
→ 중화 시험: 중화 항체 역가 측정
→ 혈청 전환 (Seroconversion): 음성→양성 전환
  쌍혈청 4배 이상 역가 증가 = 현재 감염

분자 진단 (Molecular Diagnostics):
→ PCR (Polymerase Chain Reaction):
  감도·특이도 높음·신속
  실시간 PCR (qPCR): 정량 가능
  역전사 PCR (RT-PCR): RNA 바이러스 (COVID-19)
  다중 PCR (Multiplex): 여러 병원체 동시 검출
→ 핵산 증폭 검사 (NAAT): 성병·결핵 진단
→ 염기서열 분석:
  내성 유전자 확인·역학 조사
  차세대 염기서열 분석 (NGS): 메타게노믹스

항생제 감수성 검사 (AST):
→ 디스크 확산법 (Kirby-Bauer):
  억제대 직경 측정→S/I/R 판정
→ 최소 억제 농도 (MIC): 성장 억제 최소 농도
  VITEK·E-test·미량 액체 희석법
→ EUCAST·CLSI 기준: 차단값 설정
→ 내성 메커니즘 특수 검사:
  베타-락타마아제 확인·MRSA 세포 내 단백질 확인
→ 임상 해석: PK/PD 지표 (T>MIC·AUC/MIC·Cmax/MIC)

감염 역학

역학 기초:
→ 집단 발생 (Outbreak): 예상보다 많은 사례 발생
  풍토병 (Endemic): 지속적 기저 수준
  유행 (Epidemic): 지역 내 급증
  범유행 (Pandemic): 전 세계적 확산
→ 질병 발생 측정:
  발생률 (Incidence Rate): 신규 사례/위험 인구/기간
  유병률 (Prevalence): 특정 시점 전체 사례 비율
  치명률 (CFR): 확진자 중 사망 비율
  사망률 (Mortality Rate): 전체 인구 기준

발생 원인 역학 (Epidemiologic Triad):
→ 숙주 (Host): 감수성·면역 상태·나이·기저 질환
→ 병원체 (Agent): 독력·감염량·환경 저항성
→ 환경 (Environment): 기후·위생·인구 밀도

집단 발생 조사 (Outbreak Investigation):
→ CDC 표준 단계:
  1. 집단 발생 확인 (기준 사례 정의)
  2. 기술 역학: 시간·장소·사람 (Time/Place/Person)
  3. 가설 설정: 감염원·전파 경로
  4. 분석 역학: 코호트·환자-대조군 연구
  5. 원인 확인: 환경 및 미생물 검사
  6. 대책 시행 및 평가
→ 역학 곡선 (Epidemic Curve):
  점원 발생: 단일 급성 봉우리 (식중독)
  전파 발생: 여러 봉우리 (사람간 전파)
  지속 노출: 지속 수평선 (오염 수원)

감염 감시 (Surveillance):
→ 법정 감염병: 1군~4군 + 지정 감염병
  즉시 신고: 콜레라·페스트·두창·탄저
  24시간 신고: 코로나19·MERS·결핵
→ 표본 감시: 인플루엔자·노로바이러스 등
→ 실험실 기반 감시: KCDC 병원체 감시
→ One Health 개념: 사람·동물·환경 통합 감시

전파 차단 전략:
→ 원인 제거: 오염 식품 회수·수원 오염 차단
→ 숙주 보호: 예방 접종·노출 후 예방
→ 격리 및 검역:
  격리 (Isolation): 감염 환자 분리
  검역 (Quarantine): 노출 가능 건강인 제한
→ 의료 관련 감염 (Healthcare-Associated Infection, HAI):
  주요 유형: CLABSI·CAUTI·VAP·SSI·C. diff
  예방 묶음 (Bundle): 증거 기반 복합 대책
  손 위생: 가장 효과적·알코올 손 소독제
  혈관 카테터: 삽입 때·매일 필요성 평가
→ 항생제 스튜어드십 (Antimicrobial Stewardship):
  적절 처방·최적 용량·최단 기간
  내성 확산 억제·의료 비용 절감

식품 매개 질환:
→ 주요 병원체:
  살모넬라: 동물 식품·72°C 이상 가열로 예방
  캠필로박터: 닭고기·저용량 감염·주요 세균성 설사
  장출혈성 대장균 (EHEC/O157:H7): 햄버거병·HUS
  황색포도상구균: 독소 매개·예열 불충분
  클로스트리디움 보툴리눔: 통조림·꿀 (영아)
  노로바이러스: 사람간 전파·구토형·겨울철
→ 식중독 예방 원칙: 청결·분리·가열·냉장

자주 묻는 질문

Q. 코로나19 이후 mRNA 백신 기술이 다른 감염병에도 빠르게 적용될 수 있나요? A. 네, mRNA 백신 플랫폼은 감염병 대응에 혁명적 변화를 가져왔습니다. 핵심 장점은 두 가지입니다. 첫째, 설계 속도입니다. 병원체 유전자 서열을 알면 몇 주 내에 mRNA 서열을 설계할 수 있습니다. COVID-19 백신은 바이러스 서열 공개 후 48시간 만에 설계가 완성되었습니다. 둘째, 대량 생산이 용이합니다. 전통적인 계란 기반 인플루엔자 생산과 달리 세포 배양이나 무세포 시스템으로 신속 제조가 가능합니다. 현재 개발 중인 mRNA 응용 분야는 다음과 같습니다. 인플루엔자: 범용 독감 백신 개발 중(H 항원 줄기 부위 표적). RSV: 노인과 영아 대상 승인 완료. HIV: 항원 변이 문제로 아직 도전 중. 암: 개인 맞춤형 신생항원 암 백신 임상 진행 중. 다만 한계도 있습니다. 초저온 보관이 필요하고(일부 개선 중), 지질 나노입자의 안정성이 개발도상국 유통에 어려움을 줍니다. 그럼에도 mRNA 플랫폼은 팬데믹 대비의 게임체인저로 자리 잡았습니다.

Q. 항생제 감수성 검사에서 ‘I(Intermediate)’ 결과가 나왔을 때 임상적 의미는 무엇인가요? A. 항생제 감수성 검사의 S/I/R 판정은 임상 치료 성공 가능성을 반영합니다. I(중간, Intermediate) 판정의 현재 의미는 2019년 EUCAST의 재정의 이후 달라졌습니다. 과거에는 I가 ‘불확실 구역’으로 가능하면 피하라는 의미였습니다. 현재 EUCAST 기준에서는 I가 ‘노출 증가 가능(Increased Exposure)‘을 의미합니다. 즉, 표준 용량에서는 불확실하지만 고용량 투여 또는 해당 부위에 약물이 잘 도달하는 경우(예: 소변 내 고농도)에는 치료 성공이 가능한 항생제입니다. 실제 임상 결정 요소는 감염 부위(약물 조직 농도), 용량 증가 가능성, 환자 상태(신기능 등), 대안 항생제 유무입니다. 예를 들어 요로 감염에서 I 판정 항생제라면 소변 내 약물 농도가 MIC보다 훨씬 높으므로 사용 가능합니다. 반면 뇌수막염 같은 CNS 감염에서 I 판정이면 혈뇌장벽 통과 고려 시 치료 실패 위험이 있습니다. 임상의는 MIC 수치와 감염 부위를 함께 고려해 판단해야 합니다.