Detection of Pyrazinamide-Resistant Mycobacterium tuberculosis is by PCR-SSCP of pncA Gene

pncA 유전자 PCR-SSCP법을 이용한 결핵균 Pyrazinamide 내성의 진단

Background : Recently the incidence of tuberculosis is increasing in many countries and control of the disease is further threatened by the emergence of multi-drug resistant tuberculosis. So rapid detection of drug resistance is very important. Pyrazinamide (PZA) is a first-line chemotherapeutic agent for tuberculosis. Now in Korea, we perform PZase activity test instead of actual pyrazinamide susceptibility test for the detection of PZA resistant M. tuberculosis. Recently the pncA gene, encoding the PZase of M. tuberculosis, was completely sequenced. And it was reported that the mutation of pncA gene would be associated with PZA resistance of M. tuberculosis. Therefore we performed this study to evaluate the possibility for the rapid detection of PZA resistant M. tuberculosis using PCR-SSCP of pncA gene. Method : 44 cultured clinical isolates of M. tuberculosis, BCG Tokyo strain. BCG French strain, and one M. bovis isolate were studied. We used H37Rv as the reference strain, The PZase activity test was done at the reference laboratory of Korean Tuberculosis Institute. DNA was extracted by bead-beater method and 561 bp fragment including pncA gene was amplified by PCR. The PCR product were digested by BstB I enzyme. SSCP was done using MDE gel. Of the 44 strains of M. tuberculosis, 22 strains were PZase-positive and other 22 strains were PZase negative. Results : Of the 22 PZase positive strains, 18 strains(82%) showed the same mobility compared with that of H37Rv and 4(18%) showed different mobility. Of the 22 PZase-negative strains, 19(86%) strains showed the same mobility pattern compared with that of H37Rv and 3(14%) showed different mobility. Naturally PZA-resistant BeG-French strain, BCG-Tokyo strain, and one M. bovis isolate showed the same band pattern each other, but their mobility were different from that of H37Rv. The results of PZase activity test and PCR-SSCP of pncA of M. tuberculosis were statistically significantly correlated each other (p<0.01). Conclusion : The PCR-SSCP after BstB I restriction of pncA gene of M. tuberculosis may be a useful method for the rapid detection of PZA-resistant M. tuberculosis.

연구배경 : Pyrazinamide(PZA)는 대식세포(macrophage)내의 결핵균에 주로 작용하는 항결핵약제로서 단기화학요법의 중요한 요소이다. 최근 서구에서 AIDS 발생의 증가와 함께 약제내성 결핵의 발생이 증가하면서 약제내성을 조기에 발견하려는 노력이 시도되고 있다. 현재 우리나라에서는 PZA 감수성 검사 대신에 pyrazinamidase(PZase) 활성도 유무로 PZA에 대한 내성여부를 판별하고 있다. 최근 결핵균의 PZase를 coding하는 pncA 유전자가 밝혀졌고 이 유전자의 돌연변이가 결핵균의 PZA 내성에 관여한다는 보고가 있었다. 이에 본 연구자는 결핵균의 pncA 유전자를 대상으로 한 PCR-SSCP 법으로 PZA 내성여부를 진단할 수 있는지 알아보기 위하여 본 연구를 시행하였다. 방 법 : 환자에서 추출되어 배양후 대한결핵연구원에서 PZase 활성도가 확인된 44예의 결핵균주와 대한결핵연구원에서 공여받은 BCG-French Strain, BCG-Tokyo strain, 그리고 1예의 우형결핵균 배양검체를 대상으로 하였다. 검체에서 bead beater 법으로 DNA를 추출하였으며 pncA 유전자를 포함하는 561bp 분절을 중합효소연쇄반응으로 증폭하였다. 이 증폭된 DNA를 BstB I 제한효소로 절단한 후 폴리아크릴아마이드젤에서 SSCP를 시행하여 그 결과를 표준균주 H37Rv와 비교하였다. 결 과 : 44예의 결핵균 중 22예는 PZase 활성도 양성이었고 22예는 PZase 활성도 음성이었다. 양성 22 예중 18예(82%)에서 표준균주인 H37Rv와 동일한 band의 이동성을 보였고 4예는 다른 band의 이동성을 보였다. 음성균주 22예중 19예(86%)에서 H37Rv와 다른 band의 이동성을 보였고 3예는 H37Rv와 동일한 band의 양상을 보여서 두 검사방법간의 관련성 검증 결과 통계적으로 유의하였다 (p<0.01). 근본적으로 PZA에 내성을 갖는 BCG strains과 1예의 우형결핵균 모두 H37Rv와 다른 band의 양상을 보여주었다. 결 론 : 결핵균의 PZase를 coding하는 pncA 유전자를 이용한 PCR-SSCP 법은 PZA 내성의 진단방법으로 기대된다.