Trial for Drug Susceptibility Testing of Mycobacterium tuberculosis with Live and Dead Cell Differentiation

Background : The resurgence of tuberculosis and outbreaks of multidrug resistant (MDR) tuberculosis have increased the emphasis for the development of new susceptibility testing of the Mycobacterium tuberculosis for the effective treatment and control of the disease. Conventional drug susceptibility testings, such as those using egg-based or agar-based media have some limits, such as the time required and difficulties in determining critical inhibitory concentrations, but these are still being used in many diagnostic laboratories because of no better lternatives, considering cost and accuracy. To overcome these limits, a rapid and simple method for new susceptibility testing, using live and dead assays, was applied for a bacterial cell viability assay to distinguish dead from live bacterial cells based on two-color fluorescence. Materials and Methods Strains : Forty strains were used in this study, 20 susceptible to all antituberculosis drugs and the other 20 resistant to the four first line antituberculosis drugs isoniazid, rifampicin, streptomycin and ethambutol. Antibiotics : The four antibiotics were dissolved in 7H9 broth to make the following solutions: $0.1{\mu}g\;isoniazid(INH)/m{\ell}$, $0.4{\mu}g\;rifampicin(RMP)/m{\ell}$, $4.0{\mu}g\;streptomycin(SM)/m{\ell}$ and $4.0{\mu}g\;ethambutol(EMB)/m{\ell}$. Results : Live and dead Mycobacterium tuberculosis cells fluoresced green and red with the acridin (Syto 9) and propidium treatments, respectively. These results are very well accorded with conventional drug susceptibility testing by proportional method on Lowensen-Jensen media (L-J) containing 4 drugs (INH, RMP, EMB and SM), showing a 93.7 % accordance rate in susceptible strains and 95% in resistant strains. Conclusion : The results of the drug susceptibility testing using the live and dead bacterial cell assay showed high accordance rates compared with the conventional proportion method on L-J. This finding suggests that the live and dead bacterial cell assay can be used as an alternative to conventional drug susceptibility testing for M. tuberculosis strains.

세포 염색 방법을 이용한 결핵균 감수성 검사법

연구배경 : 결핵치료에서 어려움을 주는 가장 중요한 요인의 하나가 약제 내성균에 감염된 경우이다. 근래 다제내성 결핵균의 증가는 신속한 결핵균 감수성검사방법 개발에 대한 필요성을 더욱 증가시키고 있다. 활발하게 개발이 진행되고 있는 분자생물학적 기법들도 신속한 내성여부의 구분에 많은 도움을 주고 있지만, 아직까지는 검사약제가 제한되어 있고 보완할 점들이 많이 남아있다. 따라서 저자들은 결핵균 세포 염색 방법에 의해 생균과 사균을 구분할 수 있는 신속하고도 정확한 결핵균 약제 감수성 검사 방법을 검토하여 보았다. 방 법 : 본 연구의 대상으로 대표적인 4가지 항결핵 약제(Isoniazid, Rifampicin, Streptomycin, Ethambutol)에 모두 내성인 임상분리 결핵균 20 균주와 모든 약제에 감수성인 임상분리 결핵균 20 균주를 사용하였다. 약제감수성검사시의 최소 희석배수였던 MacFarland #1 탁도로부터 10배 희석한 결핵균액을 7H9 배양액 $30m{\ell}$에 접종한 후 $37^{\circ}C$에서 24시간 배양한 다음, 핵산 염색액인 Syto 9 (MolecularProbes, USA)과 세포질 염색액인 프로피디움(propidium iodide, $C_{27}H_{34}I_2N_4$)을 결핵균과 잘 섞은 후 실온의 암소에서 15 분간 방치한 후 슬라이드에 $5{\mu}{\ell}$씩 점적하여 형광 현미경으로 관찰하였다. 결 과 : 실험에 사용한 약제내성 결핵균은 4가지의 항결핵약제의 각 농도가 함유된 7H9 배양액에서 사멸하지 않고 생존하고 있음을 형광 현미경상에서 확인 할 수 있었다. 프로피디움(propidium iodide)은 살아있는 세균의 경우 세포핵은 염색시키지 못하고 세포질만 염색함으로써 살아있는 결핵균은 형광현미경 시야에서 녹색을 띄게 되고, 세포의 핵산을 염색시키는 Syto 9 은 사멸한 세포의 세포질을 통과하여 결핵 약제에 감수성인 결핵균의 세포핵을 염색시켜 형광 현미경 시야에서 붉은 색으로 관찰 되었다. 결 론 : Acridin (Syto9)과 propidium 성분을 이용하여 세포를 형광 염색시켜 세포의 사멸 및 생육을 판단하는 방법을 결핵균 약제감수성검사에 적용한 결과, 간편하고도 신속하게 24시간 이내에 내성균과 감수성균을 구분할 수 있었다. 생균과 사균 세포의 판별법으로 기존의 결핵균 감수성 방법을 대체하기 위해서는 형광현미경을 비롯한 실험실 장비와 숙련된 검사자가 필요하지만, 배양된 균으로 검사하는 데만 4주 이상 소요되는 기존의 결핵균 감수성 검사 방법을 대체할 수 있는 매우 저렴하고도 간편한 검사방법으로 판단되었다.