Genetic diversity of Clostridium perfringens form food-poisoning outbreak in Gyeonggi-do, 2013-2014

Clostridium perfringens is both a ubiquitous environmental bacterium and a major cause of human gastrointestinal disease, and C. perfringens food poisoning ranks among the most common gastrointestinal diseases in developed countries. 120 isolates of C. perfringens were obtained from food-poisoning outbreaks in 2013~2014, Gyeonggi-do. Using PCR, all 120 isolates were identified as C. perfringens type A. Of the tested isolates, 49 isolates carried the cpe gene, 71 isolates carried the cpb2 gene. The outbreak cases of cpb2 and cpe /cpb2 genes were 7 and 7, whereas the outbreak cases of cpe-gene were 2. The epidemiological relationship between C. perfringens isolates has previously been investigated chiefly by pulsed-field gel electrophoresis (PFGE) and multi-locus sequence typing (MLST). The genetics relatedness of the isolates raged from 53.5-100% and 75 district PFGE type were observed. The PFGE results revealed a wide genetic diversity among the 64 cpb2 carrying isolates (except 7 isolates), while 46 cpe-carrying isolates (except 3 isolates) showed a high genetic similarity. The MLST analysis revealed that 14 cpe isolates (cpe-chromosomal isolates) belong to a distinct cluster that is significantly distant from all the other cpb2 isolates (cpe-plasmid carrying and cpe-negative isolates). The isolates carrying a cpb2 appear to be rarely related, and are more variable than chromosomal cpe isolates. The results suggest that the cpe-positive outbreak isolates showed close genetic relation, whereas the cpb2-positive isolates revealed a wide genetic diversity.

경기도 식중독에서 분리된 Clostridium perfringens의 유전적 특성 분석

질병관리본부에서 2012년 이후 수인성식품매개질환 실험실 진단실무지침에 cpb2 유전자를 포함시킨 후, 2013-2014년 경기도의 C. perfringens에 의한 식중독이 원인불명을 제외하고 가장 많이 발생되었으며, 그 발생률이 2011-2012년에 비해 큰 폭으로 증가하였다. 따라서 경기도내 유행하는 toxinotype을 파악하고, PFGE, MLST를 통해 이들의 분자역학적 연관성을 연구함으로서 C. perfringens에 의한 식중독 발생 시 역학조사 기초자료로 활용하고자 하였다. 2013-2014년 경기도에서 분리된 120주의 C. perfringens 중 cpe 보유균주는 49주, cpb2 보유균주는 71주였다. 발생건별로 살펴보면, cpe 단독발생건은 2건(10주), cpb2 단독발생건은 7건(45주), cpe, cpb2 혼합발생건은 7건(65주)로 cpb2 단독발생과 cpe, cpb2 혼합발생이 대부분을 차지하였다. Toxinotype PCR 결과, 120주 모두 C. perfringens에 의한 식중독의 주요 타입인 A로 밝혀졌다. PFGE 분석 결과, 53.5-100%의 유사도와 75 유형으로 나뉘었다. 65% 이상을 기준으로 했을 때 5가지 그룹으로 나뉘어졌다. A, C, D, E 그룹은 1개의 균주를 제외하고 모두 cpb2 보유균주로 이루어졌고, B 그룹은 1개의 균주를 제외하고 모두 cpe 보유균주로 구성되었다. 2014년 안산상록구 식중독 4주와 2014년 수원 권선구 식중독 3주를 제외하고, 64 cpb2 보유균주들은 대부분 다양한 유전자패턴을 보였다. 41 cpe 보유균주 중 3개의 균주를 제외하고, 2013년 부천원미구, 성남분당구, 2014년 안산상록구, 평택, 김포, 화성 식중독 모두 각각 동일한 유전자 패턴을 보였다. 2013 수원영통구 식중독은 2가지 cpe 유전형 패턴을 보였다. MLST 분석 결과, 크게 P-cpe 및 cpb2 그룹과 C-cpe 그룹으로 나뉘어 졌고, 세세하게 11개의 cluster로 나뉘어졌다. 경기도에서 분리된 31개 균주 중, 16 cpb2 보유균주와 2014-06-03 cpe 보유균주는 1-7 cluster에 속해있었고, 14 cpe 보유균주는 모두 8-11 cluster에 속해있었다. 하나의 cpe 보유균주를 포함하여 cpb2 보유균주들은 P-cpe 그룹과 건강한 사람에서 분리된 cpb2 그룹들 사이에 산재되어 cluster되었고, cpe 보유균주는 C-cpe 그룹에 속해있었다. 2014-06-03주의 cpe gene은 plasmid에 존재하고, 나머지 cpe 보유균주의 cpe gene은 모두 chromosome에 존재함을 추정 할 수 있었다. PFGE 및 MLST 분석 결과, cpe 보유균주에 비해 cpb2 보유균주가 훨씬 다양하고 복잡한 유전자패턴을 나타내며, cpe 유전자 보유균주의 경우 단일 유전자형이거나 유사도가 높은 유전자형으로 이루어져 있음을 알 수 있었다. cpe 보유균주의 경우 집단식중독의 원인균 파악이 용이하였으나, cpb2 보유균주의 경우 2 발생건을 제외하고 역학적인 연관성이 낮음을 확인 할 수 있었다.