인수공통전염병은 1952년 세계보건기구(WHO)에서 “척추동물과 인간 사이에 상호 전파되는 병원체에 의해서 발생하는 감염 또는 질병” 이라고 정의하고 있다. 현재까지 약 250여종의 인수공통전염병이 알려져 있으며 최근에는 사람의 건강, 동물의 건강 및 생태계의 건강이 하나로 연결되어 있다는 One-Health 개념이 강조되면서 그 중요성이 더해지고 있다. 최근 발생한 인수공통전염병은 대부분 바이러스에 의한 것이었지만, 세균에 의한 감염 또한 꾸준히 발생 하는 것으로 보고 되었는데 본 연구에서는 인수공통전염병으로서 사람과 동물에서 문제를 일으키고 있는 Lawsonia intracellularis, Pasteurella multocida 및 Streptococcus suis를 배양하고 다양한 분자 생물학적 방법을 사용 하여 특성 분석을 하였다. Lawsonia intracellularis(L. intracellularis)는 돼지 및 여러 동물에서 증식성 장질환 (Proliferative enteropathy, PE) 또는 출혈성 장병증 (Proliferative hemorrhagic enteropathy, PHE)의 원인균으로 알려져 있다. 최근 연구에서 L. intracellularis에 의한 돼지의 증식성 장질환(PE)은 인간의 염증성 장 질환(Inflammatory bowel diseases, IBD)과 유사성을 보였으나 사람에서는 검출되지 않았다. 따라서 본 연구에서는 사람의 대장암조직 50개에서 LI 유전자를 검출하고자 하였으며 그 결과 68%인 34개의 시료에서 양성결과를 확인하였다. 한편 2013-2017년 사이의 돼지에서 출혈성 장병증(PHE) 증상을 보이는 회장 조직에서 L. intracellularis의 분리 및 순수배양을 시도한 후 특이 항체를 사용한 면역 염색과 특이 프라이머를 사용한 PCR 방법으로 IEC-18 세포 내에서 L. intracellularis의 존재를 확인 할 수 있었다 (CBNU001, CBNU002, CBNU004 및 CBNU006). 분리 및 배양에 성공한 4개의 L. intracellularis는 13개의 항생제에 대한 항생제감수성검사 (antimicrobial susceptibility test)를 실시한 결과 이전에 발표된 국내의 항생제감수성 결과와 비교 하였을 때 amoxicillin, penicillin G는 2002년에 분리된 균주보다 2017년에 분리된 균주에서 내성이 증가 하는 것을 확인 할 수 있었다. 또한 macrolide 계열의 항생제 중 tilmicosin 과 tylosin에 대해서도 2002년에 분리된 균주보다 2017년에 분리된 균주에서 강한 내성을 확인 할 수 있었다. 하지만 macrolide 계열의 항생제 중 tylvalosin은 강한 항균활성을 보였으며 치료제로 사용 가능성을 나타내었다. 또한 fluroquinolones 계열은 항균활성이 큰 것을 확인 할 수 있었고, 분리균이 발생한 농장에서 출혈성 장병증(PHE)을 제어하는데 사용될 수 있을 것으로 생각되었다. 본 연구에서 처음 확인된 colistin은 L. intracellularis에 대해 강력한 항균 활성을 나타냈으나 colistin 사용은 다제내성유전자를 유발 할 수 있기 때문에 이 항생제의 사용을 제한 할 필요가 있다. 차세대 염기서열 (Next generation sequencing, NGS) 분석 장비를 사용하여 L. intracellularis 생균 백신의 전체 유전체 분석을 하였다. 분석 결과 1개의 chromosome (1,439,078 bp)과 3개의 plasmids (27,010 bp, 39,757 bp 및 194,267 bp)를 확인 할 수 있었다. 또한 전체 유전체 (1,695,210 bp)는 1,565개의 단백질 코딩 유전자와 42개의 tRNA 유전자 및 3개의 rRNA 유전자를 포함 하고 있는 것으로 확인 되었다. 비병원성인 L. intracellularis 생균 백신의 chromosome에서 프로파지 관련 게놈 섬(prophage-associated genomic island)의 손실을 확인 하였다. 약 21만 bp의 크기를 가지는 프로파지 관련 게놈 섬은 15개의 유전자로 구성 되어 있으며 tetracycline 내성을 갖는 유전자를 포함 하고 있다. 하지만 L. intracellularis 생균 백신의 항생제 감수성의 in vitro 실험이 진행 되지 않았기 때문에 현재의 연구에선 tetracycline에 대한 내성 유전자의 활성을 입증 하진 못 하였다. 그리고 이번 연구에서 분리된 4개의 야외 균주는 tetracycline 내성을 갖는 유전자의 존재를 확인 하지 못 하였기 때문에 tetracycline에 대한 감수성과 관련하여 균주 사이에 차이가 있는지 확인 할 수는 없었다. 이전의 연구에 따르면 병원성 L. intracellularis는 프로파지 관련 게놈 섬이 손실 되지 않는 것을 보고 하였다. 이 유전적 요소의 동정은 L. intracellularis의 병원성 또는 비병원성을 결정하기 위한 분자 지표로 적용 될 수 있다. Pasteurella multocida (P. multocida)는 돼지, 조류, 양, 소 및 인간을 포함하여 다양한 종에서 질병을 발생시키는 병원성 세균으로 감염 되면 조류에서는 fowl cholera와 돼지에서는 위축성 비염(atrophic rhinitis)을 유발하는 것으로 알려져 있다. 또한 폐렴(pneumonia) 및 출혈성 패혈증(hemorrhagic septicaemia)의 원인균으로도 보고 되었다. 전세계적으로 약 20~30여명의 사람이 P. multocida에 의해 사망 하는 것으로 보고 되었다. 본 연구에서는 국내 돼지, 조류 및 사람에서 분리 된 30균주를 대상으로 16s rRNA의 유전자를 사용하여 P. multocida로 동정 되었다. 30균주 중 24개의 균주는 P. multocida subsp. gallicida였고, P. multocida subsp. multocida와 P. multocida subsp. septica는 각각 3균주가 확인되었다. P. multocida에는 5개의 capsular serogroup이 존재하고 각 serogroup은 특정 질병과 관련 있는 것으로 보고되었다. Serogroup A는 fowl cholera와 관련 있으며, serogroup B와 E는 출혈성 폐혈증과 관련이 있다. 그리고 serogroup A와 D는 폐렴과 위축성 비염과 연관 되어 있는 것으로 보고 되었다. Capsular serogroup multiplex PCR 결과 serogroup A는 17개, serogroup D는 11개 균주로 확인 되었고, 2개의 균주는 serogroup이 확인 되지 않았다. P. multocida의 병원성은 다양한 독성 유전자와 관련 있다. 그 중 4종의 독성 유전자의 존재를 multiplex PCR 방법을 사용하여 확인 하였다. 그 결과 hgbB 유전자는 28균주에서 양성으로 확인 되었고, 돼지 분리 6균주에서 pfhA 유전자의 양성을 확인 할 수 있었으며 돼지 분리 4균주는 hgbB 와 pfhA 유전자 모두 양성 인 것을 확인 할 수 있었다. 하지만 이번 연구에서는 toxA와 tbpA유전자의 존재는 확인 되지 않았다. Multi-locus sequence typing (MLST)는 7개의 house-keeping genes을 사용하여 미생물의 유전적 특성을 확인 할 수 있는 분자 생물학적 방법이다. P. multocida에는 2개의 MLST databases가 사용 가능하다. 현재 RIRDC databse에는 350개의 sequence types (STs)가 확인 되었고, multi-host (mh) database에는 75개의 STs가 등록 되어 있다. Mh MLST 분석 결과 ST11(n=9), ST10 (n=6), ST3 (n=4), 및 ST33(n=1)로 확인 되었고, 10개의 균주는 새로운 STs로 확인 되었다. RIRDC MLST 분석 결과 ST50 (n=11), ST74 (n=5), ST13 (n=4), ST286 (n=2), ST27 (n=1) 및 ST334 (n=1)가 확인 되었고, 6개의 균주는 새로운 STs로 확인 되었다. Mh MLST database에 등록된 STs중 돼지에서 분리 된 균주는 대부분 ST3, ST10, 및 ST11로 확인 되었고, 우리의 결과와 유사 한 것을 확인 할 수 있었다. 돼지에서 분리된 5개의 균주는 새로운 STs로 확인 되었으며 2개의 균주는 ST11과 동일한 clonal complex (CC)로 확인 되었다. 하지만 나머지3균주는 동일한 CC가 없는 새로운 STs로 확인 되었다. 인간에서 분리된 3개의 균주는 모두 새로운 STs로 확인 되었다. 사람에서 분리된 2개의 균주는 조류 유래의 ST29와 ST32의 CC로 확인 되었다. 남은 1개의 균주는 돼지 유래의 ST10과 같은 CC로 확인 되었다. 다양한 분자생물학적 분석을 통하여 P. multocida의 다양한 유전적 특성을 확인 할 수 있었다. 특히 MLST 분석 결과 폐렴 환자에서 분리된 균주는 돼지의 폐에서 분리된 균주와 동일한 CC인 것을 확인 하였고, 다른 사람 분리 균주는 조류와 동일한 CC인 것을 확인 하였다. 이러한 유전적 특성을 바탕으로 사람과 동물종 간에 교차 감염의 가능성을 확인 할 수 있었다. Streptococcus suis (S. suis)는 돼지 및 사람에 모두 감염을 일으키는 인수공통전염으로 알려져 있다. 돼지에서 수막염 (meningitis), 폐혈증 (sepsis, septicaemia), 심내막염 (endocarditis), 관절염 (arthritis) 및 폐렴 (pneumonia)과 같이 다양한 질병을 유발하는 원인균으로 알려져 있다. 또한 사람에서도 다양한 질병을 유발하는 것으로 알려져 있으며 특히 치명적인 수막염 (meningitis)을 유발 하는 것으로 보고 되었다. 국내 돼지에서 분리된 균주를 16s rRNA 방식을 사용하여 동정 하였고, 18균주가 S. suis로 동정 되었다. S. suis에는 33개의 혈청형 (Serotypes)이 있으며 주로 혈청형 2, 9 및 16 이 질병과 관련 있다고 보고 되었다. 본 연구에서는 혈청형 2를 갖는 균주가 7 균주로 가장 많이 확인 되었다. 이외에도 7개의 다른 혈청형 (3, 4, 7, 8, 9, 12, 및 19) 도 확인 할 수 있었다. S. suis의 Multi-locus sequence typing (MLST) database 에는 약 350개의 sequence types (STs)가 등록 되어 있다. ST25 및 ST28 (혈청형 2) 균주는 돼지에서 수막염, 패혈증 및 폐렴과 같은 다양한 질병과 연관되어 있다고 보고 되었다. 18 균주 중 STs가 확인 된 균주는 13 균주였다. ST25 (혈청형 2, n=6)가 가장 많았고, ST27, ST28, ST29, ST108, ST485, 및 ST977을 포함한 다양한 STs를 확인 할 수 있었다. 새로운 STs로 확인된 균주 중 1 균주는 태국의 사람에서 분리된 균주와 동일한 clonal complex (CC)로 확인 되었다. S. suis에 다양한 독력 인자가 있으며 병인 발생의 하나 이상의 단계에서 특정한 역할을 하는 것으로 보고 되었다. 이 연구에서는 독력인자와 관련 있는 6개의 유전자의 존재 여부를 확인 하였고, 대부분 균주에서 arcA, bay046 및 hyl 유전자 양성으로 확인 되었다. Sly, epf 와 mrp 유전자는 S. suis에서 유의성 있는 독력인자 마커로 알려져 있다. 일부 균주에서만 sly (n=7) 유전자의 양성이 확인 되었다. 독성 균주는 MRP 와 EF 단백질을 생성하는 반면 비 독성 균주는 생성하지 않는다고 보고 되었다. 이 연구에서 혈청형 12 (새로운 STs)는 베트남 수막염 환자부터 분리 된 S. suis 혈청형 2 (ST336) 균주와 같은 독성 유전자 PCR 결과 (epf+/mrp-/sly+/arcA+/bay046+/hyl+)를 나타내었지만, 혈청형과 ST는 다른 것을 확인 할 수 있었다. 혈청형 19 (새로운 STs) 균주의 독성 유전자 PCR 결과 epf 유전자를 제외한 5개 독성 유전자의 양성을 확인 할 수 있었다. 이 연구를 통하여 S. suis의 혈청형 12 및 19 균주가 강한 독력인자 유전자와 관련 있는 것을 확인 할 수 있었으며, 새로운 STs로 확인된 1 균주는 사람 분리 균주와 동일한 CC로 확인 되었다. 이와 같이 병원균 감염 및 전파를 통제하고 예방하기 위해 혈청형, STs 및 독력인자 유전자의 분포 조사가 필요할 것으로 생각된다.