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Korean J. Vet. Serv. 2022; 45(3): 191-199

Published online September 30, 2022

https://doi.org/10.7853/kjvs.2022.45.3.191

© The Korean Socitety of Veterinary Service

소와 돼지 도축장 도체 및 환경에서 분리된 병원성대장균 분포 및 특성조사

홍세림ㆍ강혜정ㆍ문진산ㆍ윤순식ㆍ김하영*

농림축산검역본부 세균질병과

Received: August 5, 2022; Revised: August 30, 2022; Accepted: September 2, 2022

Prevalence and characterization of pathogenic Escherichia coli from carcasses and environmental samples of cattle and pig slaughterhouses

Serim Hong , Hye Jeong Kang , Jin-San Moon , Soon-Seek Yoon , Ha-Young Kim *

Bacterial Disease Division, Animal and Plant Quarantine Agency, Gimcheon 39660, Korea

Correspondence to : Ha-Young Kim
E-mail: kimhy@korea.kr
https://orcid.org/0000-0002-1332-3832

Received: August 5, 2022; Revised: August 30, 2022; Accepted: September 2, 2022

This is an Open Access article distributed under the terms of the Creative Commons Attribution Non-Commercial License (http://creativecommons.org/licenses/by-nc/4.0). which permits unrestricted non-commercial use, distribution, and reproduction in any medium, provided the original work is properly cited.

We investigated the virulence genes, O-serotypes, antimicrobial resistance of pathogenic E. coli isolated from carcasses (n=455) and environmental (n=372) samples of 11 cattle and 12 pig slaughterhouses from December 2020 to December 2021. E. coli were isolated from nine carcasses (2.0%), three slaughter facilities (1.4%), two utensils (2.7%) and three abattoir workers (3.5%) from four cattle and four pig slaughterhouses. Among all isolates, 13 STEC (76.5%) were identified, followed by four EPEC (23.5%). As a result of the antibiotic susceptibility test, all isolates were resistant to at least one antimicrobial, of which 70.6% isolates showed multidrug resistance patterns. The serotypes were diverse in pigs compared to cattle, with serotypes O18, O66, O109 in cattle and O9, O76, O85, O100, O153, and O159 in pigs. In a single cattle slaughterhouse, eight STEC O66 were isolated from various types of sample (4 slaughter animal surfaces, 3 gloves, and 1 knife) with two antimicrobial resistance patterns (CHL-FIS-STR and CHL-FIS). Those two types of strain were suspected crosscontamination from utensils to slaughter animal surfaces. These results showed that pathogenic E. coli were detected in carcasses and various environmental samples in cattle and pig slaughterhouses. Nationwide monitoring and hygiene management are required to prevent cross-contamination of STEC isolate slaughterhouses.

Keywords Cattle, Pig, Slaughterhouse, Pathogenic Escherichia coli

병원성 대장균은 독소생성과 부착인자의 생산 유무, 임상증상 등에 따라 장병원성 대장균(Enteropathogenic E. coli; EPEC), 장독소성 대장균 (Enterotoxigenic E. coli; ETEC), 장침투성 대장균(Enteroinvasive E. coli; EIEC), 장응집성 대장균(Enteroaggregative E. coli; EAEC), 시가독소생성 대장균(shiga toxin-producing E. coli; STEC), 장출혈성 대장균(Enterohemorrhagic E. coli; EHEC) 등으로 분류된다(Caprioli 등, 2005; Meng 등, 2012; Gomes 등, 2016). 시가독소(shiga toxin, stx)를 생산하는 병원성 대장균인 STEC에는 다양한 혈청형이 있으나 이 중 출혈성 대장염(hemorrhagic colitis, HC)과 임상적인 관련이 있는 STEC을 EHEC으로 분류하고 있다. EHEC은 출혈성 대장염과 출혈성 설사, 용혈성요독증후군(hemolytic uremic syndrome, HUS)의 주요한 병원체로서 시가독소 외에도 장관상피세포에 부착하여 미세융모를 소멸시키는 intimin (eaeA)을 생산한다(Griffin와 Tauxe, 1991; FDA, 2020). 그러나 최근 시가독소를 생성하지 않으면서 HUS와 밀접한 관련이 있는 non-STEC-HUS (atypical hemolytic uremic syndrome, aHUS)에 대한 연구도 다수 진행되고 있다(Ariceta, 2020). 이외에도 시가독소를 생산하지 않으면서 eaeA 또는 plasmid에 위치한 부착인자인 bfp (bundle forming pili)를 보유하는 대장균을 EPEC으로 분류하기도 한다(Lai 등, 2013).

식중독의 주요 원인체 중 하나인 병원성 대장균은 오염된 식품이나 물의 섭취, 동물, 환자와의 접촉에 의한 감염, 도축 중 잘못된 가공 방법에 의해 가축의 배설물이 식육에 오염되었을 경우에 식중독을 일으킨다. 미국 질병통제예방센터(CDC)에서는 매년 STEC O157이 약 96,000건, STEC non-O157이 약 169,000건의 질병을 유발하는 것으로 추정했다(CDC, 2018). 유럽 질병통제예방센터(ECDC)에 따르면 29개 국가에서 2015년에서 2019년까지 매년 약 6,100∼8,600건의 STEC 감염사례가 보고되었고(ECDC, 2021), 일본 국립감염병연구소(NIID)에서는 2019년과 2020년에 걸쳐 매년 약 3,000건의 EHEC 감염사례를 보고하였다(Hibiya 등, 2022). 국내 식품의약품안전처 자료에 따르면 최근 10년간 주요 세균성 식중독 원인균 중 1위는 병원성 대장균으로 2021년도에는 총 30건, 585명의 환자가 발생하였으며, 전체 세균성 식중독의 26%를 차지하였다(MFDS, 2022).

외국의 여러 연구에 따르면 도축장 등 생산단계 식육에서도 병원성 대장균이 검출되고 있으며(Shinagawa 등, 2000; Tutenel 등, 2003; Hu 등, 2021), 이 병원체를 효율적으로 제어하기 위해 도축과정 중 식중독균을 모니터링하는 것은 안전한 식품 생산에 있어서 매우 중요하게 여겨지고 있다(Santos 등, 2017; Santos 등, 2018). 국내에서는 일부 특정 지역을 대상으로 유통 중인 닭고기, 소고기, 돼지고기에서의 병원성 대장균에 대한 연구는 수행된 바 있다(Kim 등, 2009; Lee 등, 2009; Cho 등, 2017; Lee 등, 2021). 하지만 전국 단위의 도축장 도체 및 작업시설, 도구, 작업자 등 환경 유래 병원성 대장균 검출에 대한 연구가 거의 없는 실정이다. 따라서, 본 연구에서는 국내 소와 돼지 도축장 내 도체 및 환경 시료를 대상으로 병원성 대장균의 분포를 조사하고 분리주의 특성을 분석하여 보고하고자 한다.

시료채취

2020년 12월부터 2021년 12월까지 전국의 9개 시·도에 소재한 소 도축장 11개소에서 채취한 380건(예냉실 도체 110건, 도축과정의 도체 95건, 시설 101건, 도구 34건, 작업자 40건) 및 돼지 도축장 12개소에서 채취한 447건(예냉실 도체 120건, 도축과정의 도체 130건, 시설 112건, 도구 40건, 작업자 45건) 총 827건의 시료를 대상으로 대장균 분리를 수행하였다.

도축장 예냉실과 도축과정의 소와 돼지 도체 시료는 식품공전(MFDS, 2020)의 방법으로 10 mL buffered peptone water (BPW; Difco BD, Sparks, MD)가 함유된 멸균 스폰지(Nasco, Fort Atkinson, WI, USA)를 이용하여 채취하였다. 환경 시료 부위는 작업장 시설(계류장, 개수대, 장기적출대, 배수구, 벽, 바닥), 예냉실(벽, 바닥), 작업자(장갑, 장화), 도구(칼, 톱)가 포함되었으며, 각 구역 간 오염이 가장 심한 것으로 생각되는 부위를 10×10 cm씩 약 100 cm2의 면적을 동일한 스폰지로 3부분 문질러서 시료 채취하였다. 시료는 24시간 이내에 냉장 상태로 운반하여 실험하였다.

병원성 대장균 분리 및 유전자 검사

병원성 대장균 분리는 식품공전 및 식중독 원인조사 시험법(MFDS, 2019)에 수록된 식중독 스크리닝 검사법을 일부 변형하여 실험하였다. 시료 채취한 멸균 스펀지에 BPW 30 mL을 넣어 스토마커(Stomacher 80, Biomaster, Seward, UK)로 30초간 균질화시킨 후 1 mL을 증균배지인 modified EC broth with novobiocin (Merck, Berlin, Germany)에 접종하여 37℃에서 18∼24시간 동안 배양하였다. 배양액 1 mL을 13,000 rpm에서 3분간 원심분리하여 상층액을 버리고 원심침사에 멸균 증류수 100 µL로 현탁 후 boiling 방법으로 얻은 것을 template DNA로 사용하였다. 식품공전에 수록된 실시간유전자검사법(Real-Time PCR)은 STEC (stx1, stx2) 여부만 확인 가능하다. 따라서 다른 병원형을 확인하기 위해 시판 중인 Genelix™ M5 Multiplex Real-Time PCR Detection Kit (Sanigen, Gyeonggi-do, Korea)와 Genelix™ M6 Multiplex Real-Time PCR Detection Kit (Sanigen, Gyeonggi-do, Korea)를 이용하여 제조사에서 제시한 시험방법에 따라 병원성 유전자를 스크리닝 하였다. 실험결과, 시가독소와 eaeA가 동시에 검출되면 EHEC, eaeA 또는 bfpA가 검출되면 EPEC, ST 또는 LT가 검출되면 ETEC, aggR이 검출되면 EAEC, ipaH가 검출되면 EIEC로 병원형을 판정하였다. 병원성인자가 확인된 양성 시료에 대해서는 식중독 원인조사 시험법의 PCR법에 의하여 병원형을 재확인한 후, 해당 증균액을 선택배지인 Tellurite Cefixime-Sorbitol MacConkey (TC-SMAC) agar (Oxoid, Basingstoke, UK)와 5-bromo-4-chloro-3indolyl-β-D-glucuronide (BCIG) agar (Oxoid)에 접종하여 37℃에서 18∼24시간 동안 배양하였다. 전형적인 대장균 집락을 취하여 VITEK MS (bioMérieux, Marcy l’Étoile, France)와 앞에서 기술한 PCR법으로 병원성 유전자를 재확인하여 최종 동정하였다.

항생제 감수성 검사

분리된 병원성 대장균을 대상으로 Clinical Laboratory Standards Institute (CLSI, 2020) 및 National Antimicrobial Resistance Monitoring System (NARMS, 2021)의 기준에 따라 16종 항생제(amoxicillin/clavulanic acid, ampicillin, cefepime, cefoxitin, ceftazidime, ceftiofur, chloramphenicol, ciprofloxacin, colistin, gentamicin, meropenem, nalidixic acid, streptomycin, sulfisoxazole, tetracycline, trimethoprim/sulphamethoxazole)가 코팅된 KRNV5F Sensititre Panel (Trek Diagnistic Systems, Cleveland, OH, USA)을 사용하여 액체배지희석법으로 최소억제농도(Minimum inhibitory concentration, MIC)를 측정하였다. 항생제 감수성검사의 quality control 균주로는 Escherichia coli ATCC 25922를 사용하였다.

병원성 대장균 혈청형 검사

혈청형 검사는 O-genotyping PCR법과 O-serotyping으로 동시에 실시하였다. O-genotyping PCR은 이전 연구에 따라 병원성 대장균 항혈청 185종(O14와 O57을 제외한 O1-O187)에 대하여 wzm, wzt, wzw, wzy (O항원 중합유전자), orf469 (encoding mannosyltransferase) 및 rfbE (encoding perosamine synthetase)의 유전자에 특이적으로 결합하는 프라이머를 사용하였다(Iguchi 등, 2015). PCR 반응액은 Solgent™ 2x Taq PCR Pre-Mix (Solgent, Daejeon, Korea)를 사용하였으며 2.0% agarose gel을 이용하여 전기영동하였다. O-serotyping 검사는 상용화된 E. coli antisera (Joongkyeom, Gyeonggi-do, Korea)를 사용하여 제조사에서 제시한 시험방법에 따라 슬라이드 응집반응법으로 실시하였다. J.M. Fairbrother 박사(reference laboratory of E. coli, Université de Montréal, Canada)로부터 제공받은 대장균을 혈청형 및 PCR 분석을 위한 양성대조군으로 사용하였다.

소, 돼지 도축장의 도체, 시설, 도구, 작업자로부터 분리된 병원성 대장균의 분리 현황은 Table 1과 같으며, Genelix™ Real-Time PCR과 일반 PCR법 간의 검출률에 있어서 동일한 결과를 확인할 수 있었다. 소 도축장 11개소 중 4개소(C, E, I, K)에서 11주(2.9%)의 병원성 대장균이 분리되었으며, 이 중 도체 시료는 도축과정 도체 5건(5.3%)과 예냉실 도체 1건(0.9%)에서 각각 분리되었다. 환경 시료는 작업장 시설에서 0.5% (1/101), 도구에서 2.9% (1/34), 작업자에서 7.5% (3/40)로 조사되었으며, 그중에서도 작업자가 사용하는 장갑에서 가장 높게 분리되었다. 이외에 계류장과 칼에서도 각각 검출되었다. 돼지 도축장에서는 12개소 중 4개소(M, N, U, W)에서 6주(1.3%)의 병원성 대장균이 분리되었다. 이 중 도체 시료는 도축과정 도체 2건(1.5%)과 예냉실 도체 1건(0.8%)에서 각각 분리되었다. 환경 시료는 작업장 시설에서 1.8% (2/112), 도구에서 2.5% (1/40)로 소 도축장에 비해 상대적으로 낮은 검출률을 보였다. 이외에 개수대, 장기적출대, 칼에서도 각각 검출되었다. 이와 같이 소, 돼지 도축장의 다양한 시료에서 병원성 대장균이 검출되었다. 이러한 결과는 국내에서 Lee 등(2021)이 광주지역에서 유통·판매되는 소고기에서 24.4% (82/335), Choi 등(2010)이 소매시장 돼지고기에서 18.6% (175/943), Lee 등(2009)이 육류 가공시설 및 판매점 쇠고기에서 4.1% (31/750), 돼지고기에서 14.6% (201/1350)의 검출률보다는 비교적 낮은 분리율을 나타내었다. 이러한 결과는 시료 채취 장소, 조사, 시기, 환경 여건, 균분리 방법의 차이에 의한 것으로 생각된다(Hong 등, 2009).

Table 1 . Isolation of pathogenic E. coli from different sampling sites in cattle and pig slaughterhouses

Sampling siteIsolation from 11 cattle slaughterhousesTotal (%) (n=380)Isolation from 12 pig slaughterhousesTotal (%) (n=447)


A (n=21)B (n=21)C (n=21)D (n=21)E (n=50)F (n=56)G (n=53)H (n=50)I (n=47)J (n=20)K (n=50)L (n=21)M (n=21)N (n=21)O (n=21)P (n=27)Q (n=57)R (n=21)S (n=64)T (n=57)U (n=59)V (n=21)W (n=57)
Carcasses (n=455)6 (2.9)3 (1.2)
Slaughter animal surface (n=225)NT*NTNTNT4NT1NT5 (5.3)NTNTNTNTNTNT1NT12 (1.5)
Chilling room carcass (n=230)11 (0.9)11 (0.8)
Facilities (n=213)1 (1.0)2 (1.8)
Lairage (n=50)NTNTNTNTNTNT11 (4.0)NTNTNTNTNTNTNT0
Slaughter sites
Sink (n=23)011 (7.7)
Evisceration table (n=23)011 (8.3)
Drain (n=23)00
Wall and floor (n=48)00
Chilling room
Wall and floor (n=46)00
Utensils (n=74)1 (2.9)1 (2.5)
Knives (n=51)11 (4.3)11 (3.6)
Saw (n=23)00
Abattoir workers (n=85)3 (7.5)0
Gloves (n=62)33 (10.0)0
Boots (n=23)00
Total (%)1 (4.8)8 (16.0)1 (2.1)1 (2.0)11 (2.9)2 (9.5)1 (4.8)2 (3.4)1 (1.8)6 (1.3)

*NT, not tested.



분리된 17개의 병원성 대장균 중 STEC이 13주(76.5%), eaeA를 보유한 EPEC이 4주였으며, 나머지 병원형은 검출되지 않았다(Table 2). 분리된 균주는 소 도축장 도체 및 환경 시료에서 11주(2.9%)로서 돼지 도축장의 6주(1.3%)보다는 약 2배 이상 높은 분리율을 보였다. 또한, 소 유래 분리주는 계류장 환경에서 분리된 EPEC 1주를 제외하고는 나머지 10주 모두 STEC으로 확인되었고 돼지 유래 분리주는 STEC과 EPEC이 각각 3주씩 확인되었다. 이러한 결과는 국내 질병관리청의 2010년부터 2019년까지 실시한 수인성·식품매개 감염병 병원체 감시 사업에서 EPEC 60.5%, ETEC 31.2%, EHEC 6.8%, EIEC 1.5%로 보고와 다른 양상을 보였다(Yun 등, 2020). 또한, Tanih 등(2015)이 도축장 소와 돼지 도체에서 EAEC 7.7% (8/104), ETEC 3.8% (4/104), EPEC 1.9% (2/104), Park 등(2015)의 소, 돼지 육류제품에서 STEC 1.5% (7/452), Hong 등(2009)의 도축장 근무자 분변에서 STEC 5.6% (90/1602) 분리율의 보고에 비추어 볼 때 본 연구와는 차이가 있었다. 식품을 매개체로 소고기에서 많이 분리되며 사람에서 출혈성 설사뿐 아니라 심한 경우 신부전을 일으켜 사망에 이르는 STEC이 본 연구에서 돼지 도축장에 비하여 소 도축장에서 높게 검출되었으며, 시가독소(stx1, stx2)와 eaeA가 동시에 검출된 EHEC은 분리되지 않았다. 이러한 결과는 독일에서 대형 사망사고를 일으킨 E. coli O104:H4의 경우에는 eaeA 없이 시가독소와 다른 병원성 유전자를 가진 STEC이 출혈성 대장염과 용혈성요독증후군을 유발했다는 보고에 비추어 볼 때 소 도축장에서의 STEC에 대한 모니터링을 좀 더 강화되어야 할 것으로 생각된다(Frank 등, 2011).

Table 2 . Pathotypes of E. coli isolated from cattle and pig slaughterhouses

SourceNo. of samplesNo. of isolates (%)STEC (n=13)EPEC (n=4)
Cattle
Carcasses2056 (2.9)60
Environment1755 (2.9)41
Pigs
Carcasses2503 (1.2)12
Environment1973 (1.5)21

STEC, Shiga toxin-producing E. coli; EPEC, Enteropathogenic E. coli.



분리된 병원성 대장균에 대한 항생제 내성은 소 유래의 STEC은 CHL (100%), FIS (90.0%), STR (70.0%)에서만 내성을 보였고 EPEC은 CHL, FIS, STR, SXT에서 100% 내성을 보였다(Fig. 1). 돼지 유래의 STEC은 CHL (100%), FIS (66.7%), SXT (66.7%)에서 높은 내성을 보였고, EPEC은 CHL (100%), TET (100%), FIS (100%), STR (66.7%), AMP (66.7%)에서 높은 내성을 나타냈다. AmC, FOX, CAZ, XNL, CIP, GEN, NAL은 돼지 유래의 STEC에서만 33.3% 정도의 내성을 보였다. 이러한 결과는 국내에서 Kim 등(2013)이 서울지역에서 유통 중인 소고기와 돼지고기에서 조사된 결과와 유사한 것으로 나타났다. 국내산 축산물에서 대장균을 분리하여 항생제의 내성률을 조사한 결과, 소고기 유래 대장균은 모든 항생제에 대하여 30% 미만으로 낮게 나타났지만, 돼지고기 유래 대장균은 AMP, FIS, CHL, STR, TET은 60% 이상의 균주에서 내성률을 보이는 결과와 유사한 것으로 나타났다(APQA, 2020).

Fig. 1.Comparison of antimicrobial resistance rate between pathogenic E. coli isolates from cattle and pig slaughterhouses.
CHL, Chloramphenicol; FIS, Sulfisoxazole; STR, Streptomycin; SXT, Trimethoprim/Sulphamethoxazole; AMP, Ampicillin; TET, Tetracycline; AmC, Amoxicillin/ Clavulanic Acid; FOX, Cefoxitin; CAZ, Ceftazidime; XNL, Ceftiofur; CIP, Ciprofloxacin; GEN, Gentamicin; NAL, Nalidixic Acid.

항생제 다제 내성 분포 양상을 조사한 결과, 모든 균주는 한 가지 이상의 항생제에 내성을 나타냈으며, 3종류 이상의 항생제에 내성을 가지는 다제 내성균은 분리주의 70.6%로 총 6가지 양상으로 확인되었다(Table 3). 병원형별 다제 내성률은 STEC의 경우 소에서 70.0% (7/10), 돼지에서 33.3% (1/3)인 반면, EPEC은 소와 돼지에서 분리된 4주 모두 다제 내성을 나타냈으며 유형도 모두 다르게 나타났다. 이러한 결과는 Kim 등(2014)이 학교급식에서 병원성 대장균의 다제 내성은 EPEC과 EAEC에만 있었고 EPEC에서 다제 내성의 유형이 다양하다고 보고한 결과와는 다른 양상을 보이는 것으로 나타났다.

Table 3 . Characterization of pathogenic E. coli isolated from cattle and pig slaughterhouses

AnimalSlaughter-house nameSampling sitesNo. of isolatesPathotypeVirulence factorSerotypeResistance pattern
Cattle (n=11)CChilling room carcass1STECstx1O66CHL-FIS-STR (MDR)
ESlaughter animal surface3STECstx1O66CHL-FIS-STR (MDR)
EGloves2STECstx1O66CHL-FIS-STR (MDR)
EKnife1STECstx1O66CHL-FIS-STR (MDR)
ESlaughter animal surface1STECstx1O66CHL-FIS
EGloves1STECstx1O66CHL-FIS
ISlaughter animal surface1STECstx2, STO109CHL
KLairage1EPECeaeAO18CHL-STR-FIS/SXT (MDR)

Pigs (n=6)MEvisceration table1STECstx2O9AmC-AMP-FOX-CAZ/XNL-CHL-CIP-NAL-FIS/SXT (MDR)
MSink1EPECeaeA, STO85CHL-FIS-STR-TET (MDR)
NChilling room carcass1EPECeaeAO153AMP-CHL-STR-FIS/SXT-TET (MDR)
USlaughter animal surface1STECstx2, STO159CHL-GEN/STR
UKnife1STECstx2, STO100CHL-FIS/SXT
WSlaughter animal surface1EPECeaeAO76AMP-CHL-FIS-TET (MDR)

CHL, Chloramphenicol; FIS, Sulfisoxazole; STR, Streptomycin; SXT, Trimethoprim/Sulphamethoxazole; AMP, Ampicillin; TET, Tetracycline; AmC, Amoxicillin/Clavulanic Acid; FOX, Cefoxitin; CAZ, Ceftazidime; XNL, Ceftiofur; CIP, Ciprofloxacin; GEN, Gentamicin; NAL, Nalidixic Acid.

MDR, multidrug resistance (resistant to at least three antimicrobial subclasses).



분리된 병원성 대장균 17주에 대한 혈청형을 O-genotyping PCR법과 O-serotyping으로 확인했을 때 동일한 결과를 얻었으며, 돼지에서 분리 균주 수에 비해 다양한 혈청형이 확인되는 등 축종별로 차이가 있었다. 소에서는 O18 (1주, 9.1%), O66 (9주, 81.8%), O109 (1주, 9.1%) 총 3종이 확인되었고 돼지에서는 O9, O76, O85, O100, O153, O159가 각 1주씩 총 6종의 혈청형이 확인되었다(Table 3). 미국, 유럽, 일본 등에서 non-O157 STEC 감염의 약 70%는 O26, O45, O91, O103, O111, O113, O121, O128, O145 혈청형에 의해 발생된다고 보고된 바 있다(CDC, 2018; NIID, 2020; Panel 등, 2020). 하지만 본 연구에서는 이러한 혈청형이 확인되지 않았다. 국내 분리 식육 유래 병원성 대장균의 주요 혈청형은 Park 등(2015)이 도축장 및 소매시장 소고기에서 O55, O126, 돼지고기에서 O1, O27, O55, O86, O114, O168이었으며, Lee 등(2009)이 육류 가공시설 및 판매점 소고기에서 O8, O18, O86, O119, O136, 돼지고기에서 O128이 확인됨에 따라 국내 식육에서는 다양한 유형의 혈청형이 분포되고 있을 것으로 추정된다.

본 연구에서 stx1을 보유한 STEC은 9주 모두 소 유래의 O66이었으며, 소 유래 나머지 1주와 돼지 유래 모든 분리주는 stx2를 보유한 STEC이었고 혈청형은 O9, O100, O109, O159로 모두 서로 다른 혈청형이 확인되었다. 소 도축장 E에서는 도축 중 도체 표면(4주), 장갑(3주), 칼(1주)에서 분리된 병원성 대장균 모두 STEC O66으로 확인되었으나, 항생제 내성 양상은 2가지(CHL-FIS-STR와 CHL-FIS)로 나타났다. 항생제 내성 패턴이 CHL-FIS-STR인 균주들은 장갑과 칼에서 도체 표면으로, CHL-FIS인 균주들은 장갑에서 도체 표면으로 교차오염이 의심되었다. 이러한 추정은 Ra 등(2002)이 소 도축장에서 방혈 단계에서 방혈 칼에 의한 오염, 박피 및 내장적출 단계에서 내용물 및 분뇨 유출로 인한 오염이 가장 문제가 되며, Gun 등(2003)이 도체에 교차오염을 방지하기 위해서는 작업장 환경, 작업자 위생 상태가 중요하다는 사실을 뒷받침해주는 것으로 생각된다. 한편, 본 연구에서 물이 흐르거나 83℃ 이상 노출되는 개수대보다 주로 오염에 대한 노출이 큰 칼과 장갑에서 균이 검출됨에 따라 작업자의 위생관리가 중요함을 확인하였다. 그러므로 병원성 대장균의 저감화를 위해 동물에서 분변 등의 오염원을 차단하고 수시로 칼 세척과 장갑을 교체하고, 미생물로부터 교차오염 방지를 위한 작업환경 및 시설에 대한 세부적인 HACCP 관리기준이 보완되어져야 할 것으로 생각된다.

위의 연구결과를 종합해 볼 때 국내 소, 돼지 도축장에서 병원성 대장균의 경우 STEC과 EPEC만 많이 검출되었고, 다양한 혈청형이 분리되었지만, 일부 도축장에서 동일한 유형의 병원형과 혈청형이 존재하여 교차오염 가능성이 제기되었다. 향후 좀 더 많은 도축장을 대상으로 PFGE (pulsed-field gel electrophoresis)나 sequence-based typing 기술을 이용하여 분자역학적 분석을 통한 병원성 대장균에 대한 오염경로 구명이 필요할 것으로 생각된다.

2020년 12월부터 2021년 12월까지 전국 9개 시·도에 소재하는 소 도축장 11개소, 돼지 도축장 12개소의 도체 455건 및 환경 시료 372건에서 병원성 대장균을 분리하고 특성을 조사하였다. 병원성 대장균은 소 도축장 4개소, 돼지 도축장 4개소에서 도체 시료 9건(2.0%), 작업장 시설 3건(1.4%), 도구 2건(2.7%), 작업자에서 3건(3.5%) 분리되었다. 17개 분리주의 병원형 분포는 STEC 76.5% (13/17) 및 EPEC 23.5% (4/17)로 확인되었으며, EHEC, ETEC, EAEC 및 EIEC는 검출되지 않았다. 항생제 감수성 검사 결과 모든 균주는 한 가지 이상의 항생제에 내성을 보였으며, 3종류 이상의 항생제에 내성을 가지는 다제 내성균은 분리주의 70.6%로 총 6가지 양상으로 확인되었다. 혈청형을 축종별로 분류한 결과, 소에서는 O18 1주, O66 9주, O109 1주 총 3종이 확인되었고, 돼지에서는 O9, O76, O85, O100, O153, O159가 각 1주씩 총 6종의 혈청형이 확인되었다. 소 도축장 E에서는 도축 중 도체 표면(4주), 장갑(3주), 칼(1주)에서 분리된 병원성 대장균은 모두 STEC O66으로 확인되었으며, 항생제 내성 패턴이 CHL-FIS-STR인 균주들은 장갑과 칼에서 도체 표면으로, CHL-FIS인 균주들은 장갑에서 도체 표면으로 교차오염이 의심되었다. 이 연구를 통하여 소 및 돼지 도축장의 도체와 다양한 환경에 대한 병원성 대장균의 오염이 확인된 바, 이와 같은 병원성 대장균의 효과적인 관리를 위해서 도축장 환경에서의 오염원 차단 및 교차오염이 발생하지 않도록 모니터링 및 위생관리가 더욱 강화되어야 할 것으로 생각된다.

본 연구는 농림축산검역본부의 농림축산검역검사기술개발사업(과제명: 도축장 내 클로스트리듐과 예르시니아균 오염실태 및 특성조사, B-1543081-2022-23-02)의 연구비 지원에 의해 수행되었다.

No potential conflict of interest relevant to this article was reported.

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Article

Original Article

Korean J. Vet. Serv. 2022; 45(3): 191-199

Published online September 30, 2022 https://doi.org/10.7853/kjvs.2022.45.3.191

Copyright © The Korean Socitety of Veterinary Service.

소와 돼지 도축장 도체 및 환경에서 분리된 병원성대장균 분포 및 특성조사

홍세림ㆍ강혜정ㆍ문진산ㆍ윤순식ㆍ김하영*

농림축산검역본부 세균질병과

Received: August 5, 2022; Revised: August 30, 2022; Accepted: September 2, 2022

Prevalence and characterization of pathogenic Escherichia coli from carcasses and environmental samples of cattle and pig slaughterhouses

Serim Hong , Hye Jeong Kang , Jin-San Moon , Soon-Seek Yoon , Ha-Young Kim *

Bacterial Disease Division, Animal and Plant Quarantine Agency, Gimcheon 39660, Korea

Correspondence to:Ha-Young Kim
E-mail: kimhy@korea.kr
https://orcid.org/0000-0002-1332-3832

Received: August 5, 2022; Revised: August 30, 2022; Accepted: September 2, 2022

This is an Open Access article distributed under the terms of the Creative Commons Attribution Non-Commercial License (http://creativecommons.org/licenses/by-nc/4.0). which permits unrestricted non-commercial use, distribution, and reproduction in any medium, provided the original work is properly cited.

Abstract

We investigated the virulence genes, O-serotypes, antimicrobial resistance of pathogenic E. coli isolated from carcasses (n=455) and environmental (n=372) samples of 11 cattle and 12 pig slaughterhouses from December 2020 to December 2021. E. coli were isolated from nine carcasses (2.0%), three slaughter facilities (1.4%), two utensils (2.7%) and three abattoir workers (3.5%) from four cattle and four pig slaughterhouses. Among all isolates, 13 STEC (76.5%) were identified, followed by four EPEC (23.5%). As a result of the antibiotic susceptibility test, all isolates were resistant to at least one antimicrobial, of which 70.6% isolates showed multidrug resistance patterns. The serotypes were diverse in pigs compared to cattle, with serotypes O18, O66, O109 in cattle and O9, O76, O85, O100, O153, and O159 in pigs. In a single cattle slaughterhouse, eight STEC O66 were isolated from various types of sample (4 slaughter animal surfaces, 3 gloves, and 1 knife) with two antimicrobial resistance patterns (CHL-FIS-STR and CHL-FIS). Those two types of strain were suspected crosscontamination from utensils to slaughter animal surfaces. These results showed that pathogenic E. coli were detected in carcasses and various environmental samples in cattle and pig slaughterhouses. Nationwide monitoring and hygiene management are required to prevent cross-contamination of STEC isolate slaughterhouses.

Keywords: Cattle, Pig, Slaughterhouse, Pathogenic Escherichia coli

서 론

병원성 대장균은 독소생성과 부착인자의 생산 유무, 임상증상 등에 따라 장병원성 대장균(Enteropathogenic E. coli; EPEC), 장독소성 대장균 (Enterotoxigenic E. coli; ETEC), 장침투성 대장균(Enteroinvasive E. coli; EIEC), 장응집성 대장균(Enteroaggregative E. coli; EAEC), 시가독소생성 대장균(shiga toxin-producing E. coli; STEC), 장출혈성 대장균(Enterohemorrhagic E. coli; EHEC) 등으로 분류된다(Caprioli 등, 2005; Meng 등, 2012; Gomes 등, 2016). 시가독소(shiga toxin, stx)를 생산하는 병원성 대장균인 STEC에는 다양한 혈청형이 있으나 이 중 출혈성 대장염(hemorrhagic colitis, HC)과 임상적인 관련이 있는 STEC을 EHEC으로 분류하고 있다. EHEC은 출혈성 대장염과 출혈성 설사, 용혈성요독증후군(hemolytic uremic syndrome, HUS)의 주요한 병원체로서 시가독소 외에도 장관상피세포에 부착하여 미세융모를 소멸시키는 intimin (eaeA)을 생산한다(Griffin와 Tauxe, 1991; FDA, 2020). 그러나 최근 시가독소를 생성하지 않으면서 HUS와 밀접한 관련이 있는 non-STEC-HUS (atypical hemolytic uremic syndrome, aHUS)에 대한 연구도 다수 진행되고 있다(Ariceta, 2020). 이외에도 시가독소를 생산하지 않으면서 eaeA 또는 plasmid에 위치한 부착인자인 bfp (bundle forming pili)를 보유하는 대장균을 EPEC으로 분류하기도 한다(Lai 등, 2013).

식중독의 주요 원인체 중 하나인 병원성 대장균은 오염된 식품이나 물의 섭취, 동물, 환자와의 접촉에 의한 감염, 도축 중 잘못된 가공 방법에 의해 가축의 배설물이 식육에 오염되었을 경우에 식중독을 일으킨다. 미국 질병통제예방센터(CDC)에서는 매년 STEC O157이 약 96,000건, STEC non-O157이 약 169,000건의 질병을 유발하는 것으로 추정했다(CDC, 2018). 유럽 질병통제예방센터(ECDC)에 따르면 29개 국가에서 2015년에서 2019년까지 매년 약 6,100∼8,600건의 STEC 감염사례가 보고되었고(ECDC, 2021), 일본 국립감염병연구소(NIID)에서는 2019년과 2020년에 걸쳐 매년 약 3,000건의 EHEC 감염사례를 보고하였다(Hibiya 등, 2022). 국내 식품의약품안전처 자료에 따르면 최근 10년간 주요 세균성 식중독 원인균 중 1위는 병원성 대장균으로 2021년도에는 총 30건, 585명의 환자가 발생하였으며, 전체 세균성 식중독의 26%를 차지하였다(MFDS, 2022).

외국의 여러 연구에 따르면 도축장 등 생산단계 식육에서도 병원성 대장균이 검출되고 있으며(Shinagawa 등, 2000; Tutenel 등, 2003; Hu 등, 2021), 이 병원체를 효율적으로 제어하기 위해 도축과정 중 식중독균을 모니터링하는 것은 안전한 식품 생산에 있어서 매우 중요하게 여겨지고 있다(Santos 등, 2017; Santos 등, 2018). 국내에서는 일부 특정 지역을 대상으로 유통 중인 닭고기, 소고기, 돼지고기에서의 병원성 대장균에 대한 연구는 수행된 바 있다(Kim 등, 2009; Lee 등, 2009; Cho 등, 2017; Lee 등, 2021). 하지만 전국 단위의 도축장 도체 및 작업시설, 도구, 작업자 등 환경 유래 병원성 대장균 검출에 대한 연구가 거의 없는 실정이다. 따라서, 본 연구에서는 국내 소와 돼지 도축장 내 도체 및 환경 시료를 대상으로 병원성 대장균의 분포를 조사하고 분리주의 특성을 분석하여 보고하고자 한다.

재료 및 방법

시료채취

2020년 12월부터 2021년 12월까지 전국의 9개 시·도에 소재한 소 도축장 11개소에서 채취한 380건(예냉실 도체 110건, 도축과정의 도체 95건, 시설 101건, 도구 34건, 작업자 40건) 및 돼지 도축장 12개소에서 채취한 447건(예냉실 도체 120건, 도축과정의 도체 130건, 시설 112건, 도구 40건, 작업자 45건) 총 827건의 시료를 대상으로 대장균 분리를 수행하였다.

도축장 예냉실과 도축과정의 소와 돼지 도체 시료는 식품공전(MFDS, 2020)의 방법으로 10 mL buffered peptone water (BPW; Difco BD, Sparks, MD)가 함유된 멸균 스폰지(Nasco, Fort Atkinson, WI, USA)를 이용하여 채취하였다. 환경 시료 부위는 작업장 시설(계류장, 개수대, 장기적출대, 배수구, 벽, 바닥), 예냉실(벽, 바닥), 작업자(장갑, 장화), 도구(칼, 톱)가 포함되었으며, 각 구역 간 오염이 가장 심한 것으로 생각되는 부위를 10×10 cm씩 약 100 cm2의 면적을 동일한 스폰지로 3부분 문질러서 시료 채취하였다. 시료는 24시간 이내에 냉장 상태로 운반하여 실험하였다.

병원성 대장균 분리 및 유전자 검사

병원성 대장균 분리는 식품공전 및 식중독 원인조사 시험법(MFDS, 2019)에 수록된 식중독 스크리닝 검사법을 일부 변형하여 실험하였다. 시료 채취한 멸균 스펀지에 BPW 30 mL을 넣어 스토마커(Stomacher 80, Biomaster, Seward, UK)로 30초간 균질화시킨 후 1 mL을 증균배지인 modified EC broth with novobiocin (Merck, Berlin, Germany)에 접종하여 37℃에서 18∼24시간 동안 배양하였다. 배양액 1 mL을 13,000 rpm에서 3분간 원심분리하여 상층액을 버리고 원심침사에 멸균 증류수 100 µL로 현탁 후 boiling 방법으로 얻은 것을 template DNA로 사용하였다. 식품공전에 수록된 실시간유전자검사법(Real-Time PCR)은 STEC (stx1, stx2) 여부만 확인 가능하다. 따라서 다른 병원형을 확인하기 위해 시판 중인 Genelix™ M5 Multiplex Real-Time PCR Detection Kit (Sanigen, Gyeonggi-do, Korea)와 Genelix™ M6 Multiplex Real-Time PCR Detection Kit (Sanigen, Gyeonggi-do, Korea)를 이용하여 제조사에서 제시한 시험방법에 따라 병원성 유전자를 스크리닝 하였다. 실험결과, 시가독소와 eaeA가 동시에 검출되면 EHEC, eaeA 또는 bfpA가 검출되면 EPEC, ST 또는 LT가 검출되면 ETEC, aggR이 검출되면 EAEC, ipaH가 검출되면 EIEC로 병원형을 판정하였다. 병원성인자가 확인된 양성 시료에 대해서는 식중독 원인조사 시험법의 PCR법에 의하여 병원형을 재확인한 후, 해당 증균액을 선택배지인 Tellurite Cefixime-Sorbitol MacConkey (TC-SMAC) agar (Oxoid, Basingstoke, UK)와 5-bromo-4-chloro-3indolyl-β-D-glucuronide (BCIG) agar (Oxoid)에 접종하여 37℃에서 18∼24시간 동안 배양하였다. 전형적인 대장균 집락을 취하여 VITEK MS (bioMérieux, Marcy l’Étoile, France)와 앞에서 기술한 PCR법으로 병원성 유전자를 재확인하여 최종 동정하였다.

항생제 감수성 검사

분리된 병원성 대장균을 대상으로 Clinical Laboratory Standards Institute (CLSI, 2020) 및 National Antimicrobial Resistance Monitoring System (NARMS, 2021)의 기준에 따라 16종 항생제(amoxicillin/clavulanic acid, ampicillin, cefepime, cefoxitin, ceftazidime, ceftiofur, chloramphenicol, ciprofloxacin, colistin, gentamicin, meropenem, nalidixic acid, streptomycin, sulfisoxazole, tetracycline, trimethoprim/sulphamethoxazole)가 코팅된 KRNV5F Sensititre Panel (Trek Diagnistic Systems, Cleveland, OH, USA)을 사용하여 액체배지희석법으로 최소억제농도(Minimum inhibitory concentration, MIC)를 측정하였다. 항생제 감수성검사의 quality control 균주로는 Escherichia coli ATCC 25922를 사용하였다.

병원성 대장균 혈청형 검사

혈청형 검사는 O-genotyping PCR법과 O-serotyping으로 동시에 실시하였다. O-genotyping PCR은 이전 연구에 따라 병원성 대장균 항혈청 185종(O14와 O57을 제외한 O1-O187)에 대하여 wzm, wzt, wzw, wzy (O항원 중합유전자), orf469 (encoding mannosyltransferase) 및 rfbE (encoding perosamine synthetase)의 유전자에 특이적으로 결합하는 프라이머를 사용하였다(Iguchi 등, 2015). PCR 반응액은 Solgent™ 2x Taq PCR Pre-Mix (Solgent, Daejeon, Korea)를 사용하였으며 2.0% agarose gel을 이용하여 전기영동하였다. O-serotyping 검사는 상용화된 E. coli antisera (Joongkyeom, Gyeonggi-do, Korea)를 사용하여 제조사에서 제시한 시험방법에 따라 슬라이드 응집반응법으로 실시하였다. J.M. Fairbrother 박사(reference laboratory of E. coli, Université de Montréal, Canada)로부터 제공받은 대장균을 혈청형 및 PCR 분석을 위한 양성대조군으로 사용하였다.

결과 및 고찰

소, 돼지 도축장의 도체, 시설, 도구, 작업자로부터 분리된 병원성 대장균의 분리 현황은 Table 1과 같으며, Genelix™ Real-Time PCR과 일반 PCR법 간의 검출률에 있어서 동일한 결과를 확인할 수 있었다. 소 도축장 11개소 중 4개소(C, E, I, K)에서 11주(2.9%)의 병원성 대장균이 분리되었으며, 이 중 도체 시료는 도축과정 도체 5건(5.3%)과 예냉실 도체 1건(0.9%)에서 각각 분리되었다. 환경 시료는 작업장 시설에서 0.5% (1/101), 도구에서 2.9% (1/34), 작업자에서 7.5% (3/40)로 조사되었으며, 그중에서도 작업자가 사용하는 장갑에서 가장 높게 분리되었다. 이외에 계류장과 칼에서도 각각 검출되었다. 돼지 도축장에서는 12개소 중 4개소(M, N, U, W)에서 6주(1.3%)의 병원성 대장균이 분리되었다. 이 중 도체 시료는 도축과정 도체 2건(1.5%)과 예냉실 도체 1건(0.8%)에서 각각 분리되었다. 환경 시료는 작업장 시설에서 1.8% (2/112), 도구에서 2.5% (1/40)로 소 도축장에 비해 상대적으로 낮은 검출률을 보였다. 이외에 개수대, 장기적출대, 칼에서도 각각 검출되었다. 이와 같이 소, 돼지 도축장의 다양한 시료에서 병원성 대장균이 검출되었다. 이러한 결과는 국내에서 Lee 등(2021)이 광주지역에서 유통·판매되는 소고기에서 24.4% (82/335), Choi 등(2010)이 소매시장 돼지고기에서 18.6% (175/943), Lee 등(2009)이 육류 가공시설 및 판매점 쇠고기에서 4.1% (31/750), 돼지고기에서 14.6% (201/1350)의 검출률보다는 비교적 낮은 분리율을 나타내었다. 이러한 결과는 시료 채취 장소, 조사, 시기, 환경 여건, 균분리 방법의 차이에 의한 것으로 생각된다(Hong 등, 2009).

Table 1 . Isolation of pathogenic E. coli from different sampling sites in cattle and pig slaughterhouses.

Sampling siteIsolation from 11 cattle slaughterhousesTotal (%) (n=380)Isolation from 12 pig slaughterhousesTotal (%) (n=447)


A (n=21)B (n=21)C (n=21)D (n=21)E (n=50)F (n=56)G (n=53)H (n=50)I (n=47)J (n=20)K (n=50)L (n=21)M (n=21)N (n=21)O (n=21)P (n=27)Q (n=57)R (n=21)S (n=64)T (n=57)U (n=59)V (n=21)W (n=57)
Carcasses (n=455)6 (2.9)3 (1.2)
Slaughter animal surface (n=225)NT*NTNTNT4NT1NT5 (5.3)NTNTNTNTNTNT1NT12 (1.5)
Chilling room carcass (n=230)11 (0.9)11 (0.8)
Facilities (n=213)1 (1.0)2 (1.8)
Lairage (n=50)NTNTNTNTNTNT11 (4.0)NTNTNTNTNTNTNT0
Slaughter sites
Sink (n=23)011 (7.7)
Evisceration table (n=23)011 (8.3)
Drain (n=23)00
Wall and floor (n=48)00
Chilling room
Wall and floor (n=46)00
Utensils (n=74)1 (2.9)1 (2.5)
Knives (n=51)11 (4.3)11 (3.6)
Saw (n=23)00
Abattoir workers (n=85)3 (7.5)0
Gloves (n=62)33 (10.0)0
Boots (n=23)00
Total (%)1 (4.8)8 (16.0)1 (2.1)1 (2.0)11 (2.9)2 (9.5)1 (4.8)2 (3.4)1 (1.8)6 (1.3)

*NT, not tested..



분리된 17개의 병원성 대장균 중 STEC이 13주(76.5%), eaeA를 보유한 EPEC이 4주였으며, 나머지 병원형은 검출되지 않았다(Table 2). 분리된 균주는 소 도축장 도체 및 환경 시료에서 11주(2.9%)로서 돼지 도축장의 6주(1.3%)보다는 약 2배 이상 높은 분리율을 보였다. 또한, 소 유래 분리주는 계류장 환경에서 분리된 EPEC 1주를 제외하고는 나머지 10주 모두 STEC으로 확인되었고 돼지 유래 분리주는 STEC과 EPEC이 각각 3주씩 확인되었다. 이러한 결과는 국내 질병관리청의 2010년부터 2019년까지 실시한 수인성·식품매개 감염병 병원체 감시 사업에서 EPEC 60.5%, ETEC 31.2%, EHEC 6.8%, EIEC 1.5%로 보고와 다른 양상을 보였다(Yun 등, 2020). 또한, Tanih 등(2015)이 도축장 소와 돼지 도체에서 EAEC 7.7% (8/104), ETEC 3.8% (4/104), EPEC 1.9% (2/104), Park 등(2015)의 소, 돼지 육류제품에서 STEC 1.5% (7/452), Hong 등(2009)의 도축장 근무자 분변에서 STEC 5.6% (90/1602) 분리율의 보고에 비추어 볼 때 본 연구와는 차이가 있었다. 식품을 매개체로 소고기에서 많이 분리되며 사람에서 출혈성 설사뿐 아니라 심한 경우 신부전을 일으켜 사망에 이르는 STEC이 본 연구에서 돼지 도축장에 비하여 소 도축장에서 높게 검출되었으며, 시가독소(stx1, stx2)와 eaeA가 동시에 검출된 EHEC은 분리되지 않았다. 이러한 결과는 독일에서 대형 사망사고를 일으킨 E. coli O104:H4의 경우에는 eaeA 없이 시가독소와 다른 병원성 유전자를 가진 STEC이 출혈성 대장염과 용혈성요독증후군을 유발했다는 보고에 비추어 볼 때 소 도축장에서의 STEC에 대한 모니터링을 좀 더 강화되어야 할 것으로 생각된다(Frank 등, 2011).

Table 2 . Pathotypes of E. coli isolated from cattle and pig slaughterhouses.

SourceNo. of samplesNo. of isolates (%)STEC (n=13)EPEC (n=4)
Cattle
Carcasses2056 (2.9)60
Environment1755 (2.9)41
Pigs
Carcasses2503 (1.2)12
Environment1973 (1.5)21

STEC, Shiga toxin-producing E. coli; EPEC, Enteropathogenic E. coli..



분리된 병원성 대장균에 대한 항생제 내성은 소 유래의 STEC은 CHL (100%), FIS (90.0%), STR (70.0%)에서만 내성을 보였고 EPEC은 CHL, FIS, STR, SXT에서 100% 내성을 보였다(Fig. 1). 돼지 유래의 STEC은 CHL (100%), FIS (66.7%), SXT (66.7%)에서 높은 내성을 보였고, EPEC은 CHL (100%), TET (100%), FIS (100%), STR (66.7%), AMP (66.7%)에서 높은 내성을 나타냈다. AmC, FOX, CAZ, XNL, CIP, GEN, NAL은 돼지 유래의 STEC에서만 33.3% 정도의 내성을 보였다. 이러한 결과는 국내에서 Kim 등(2013)이 서울지역에서 유통 중인 소고기와 돼지고기에서 조사된 결과와 유사한 것으로 나타났다. 국내산 축산물에서 대장균을 분리하여 항생제의 내성률을 조사한 결과, 소고기 유래 대장균은 모든 항생제에 대하여 30% 미만으로 낮게 나타났지만, 돼지고기 유래 대장균은 AMP, FIS, CHL, STR, TET은 60% 이상의 균주에서 내성률을 보이는 결과와 유사한 것으로 나타났다(APQA, 2020).

Figure 1. Comparison of antimicrobial resistance rate between pathogenic E. coli isolates from cattle and pig slaughterhouses.
CHL, Chloramphenicol; FIS, Sulfisoxazole; STR, Streptomycin; SXT, Trimethoprim/Sulphamethoxazole; AMP, Ampicillin; TET, Tetracycline; AmC, Amoxicillin/ Clavulanic Acid; FOX, Cefoxitin; CAZ, Ceftazidime; XNL, Ceftiofur; CIP, Ciprofloxacin; GEN, Gentamicin; NAL, Nalidixic Acid.

항생제 다제 내성 분포 양상을 조사한 결과, 모든 균주는 한 가지 이상의 항생제에 내성을 나타냈으며, 3종류 이상의 항생제에 내성을 가지는 다제 내성균은 분리주의 70.6%로 총 6가지 양상으로 확인되었다(Table 3). 병원형별 다제 내성률은 STEC의 경우 소에서 70.0% (7/10), 돼지에서 33.3% (1/3)인 반면, EPEC은 소와 돼지에서 분리된 4주 모두 다제 내성을 나타냈으며 유형도 모두 다르게 나타났다. 이러한 결과는 Kim 등(2014)이 학교급식에서 병원성 대장균의 다제 내성은 EPEC과 EAEC에만 있었고 EPEC에서 다제 내성의 유형이 다양하다고 보고한 결과와는 다른 양상을 보이는 것으로 나타났다.

Table 3 . Characterization of pathogenic E. coli isolated from cattle and pig slaughterhouses.

AnimalSlaughter-house nameSampling sitesNo. of isolatesPathotypeVirulence factorSerotypeResistance pattern
Cattle (n=11)CChilling room carcass1STECstx1O66CHL-FIS-STR (MDR)
ESlaughter animal surface3STECstx1O66CHL-FIS-STR (MDR)
EGloves2STECstx1O66CHL-FIS-STR (MDR)
EKnife1STECstx1O66CHL-FIS-STR (MDR)
ESlaughter animal surface1STECstx1O66CHL-FIS
EGloves1STECstx1O66CHL-FIS
ISlaughter animal surface1STECstx2, STO109CHL
KLairage1EPECeaeAO18CHL-STR-FIS/SXT (MDR)

Pigs (n=6)MEvisceration table1STECstx2O9AmC-AMP-FOX-CAZ/XNL-CHL-CIP-NAL-FIS/SXT (MDR)
MSink1EPECeaeA, STO85CHL-FIS-STR-TET (MDR)
NChilling room carcass1EPECeaeAO153AMP-CHL-STR-FIS/SXT-TET (MDR)
USlaughter animal surface1STECstx2, STO159CHL-GEN/STR
UKnife1STECstx2, STO100CHL-FIS/SXT
WSlaughter animal surface1EPECeaeAO76AMP-CHL-FIS-TET (MDR)

CHL, Chloramphenicol; FIS, Sulfisoxazole; STR, Streptomycin; SXT, Trimethoprim/Sulphamethoxazole; AMP, Ampicillin; TET, Tetracycline; AmC, Amoxicillin/Clavulanic Acid; FOX, Cefoxitin; CAZ, Ceftazidime; XNL, Ceftiofur; CIP, Ciprofloxacin; GEN, Gentamicin; NAL, Nalidixic Acid..

MDR, multidrug resistance (resistant to at least three antimicrobial subclasses)..



분리된 병원성 대장균 17주에 대한 혈청형을 O-genotyping PCR법과 O-serotyping으로 확인했을 때 동일한 결과를 얻었으며, 돼지에서 분리 균주 수에 비해 다양한 혈청형이 확인되는 등 축종별로 차이가 있었다. 소에서는 O18 (1주, 9.1%), O66 (9주, 81.8%), O109 (1주, 9.1%) 총 3종이 확인되었고 돼지에서는 O9, O76, O85, O100, O153, O159가 각 1주씩 총 6종의 혈청형이 확인되었다(Table 3). 미국, 유럽, 일본 등에서 non-O157 STEC 감염의 약 70%는 O26, O45, O91, O103, O111, O113, O121, O128, O145 혈청형에 의해 발생된다고 보고된 바 있다(CDC, 2018; NIID, 2020; Panel 등, 2020). 하지만 본 연구에서는 이러한 혈청형이 확인되지 않았다. 국내 분리 식육 유래 병원성 대장균의 주요 혈청형은 Park 등(2015)이 도축장 및 소매시장 소고기에서 O55, O126, 돼지고기에서 O1, O27, O55, O86, O114, O168이었으며, Lee 등(2009)이 육류 가공시설 및 판매점 소고기에서 O8, O18, O86, O119, O136, 돼지고기에서 O128이 확인됨에 따라 국내 식육에서는 다양한 유형의 혈청형이 분포되고 있을 것으로 추정된다.

본 연구에서 stx1을 보유한 STEC은 9주 모두 소 유래의 O66이었으며, 소 유래 나머지 1주와 돼지 유래 모든 분리주는 stx2를 보유한 STEC이었고 혈청형은 O9, O100, O109, O159로 모두 서로 다른 혈청형이 확인되었다. 소 도축장 E에서는 도축 중 도체 표면(4주), 장갑(3주), 칼(1주)에서 분리된 병원성 대장균 모두 STEC O66으로 확인되었으나, 항생제 내성 양상은 2가지(CHL-FIS-STR와 CHL-FIS)로 나타났다. 항생제 내성 패턴이 CHL-FIS-STR인 균주들은 장갑과 칼에서 도체 표면으로, CHL-FIS인 균주들은 장갑에서 도체 표면으로 교차오염이 의심되었다. 이러한 추정은 Ra 등(2002)이 소 도축장에서 방혈 단계에서 방혈 칼에 의한 오염, 박피 및 내장적출 단계에서 내용물 및 분뇨 유출로 인한 오염이 가장 문제가 되며, Gun 등(2003)이 도체에 교차오염을 방지하기 위해서는 작업장 환경, 작업자 위생 상태가 중요하다는 사실을 뒷받침해주는 것으로 생각된다. 한편, 본 연구에서 물이 흐르거나 83℃ 이상 노출되는 개수대보다 주로 오염에 대한 노출이 큰 칼과 장갑에서 균이 검출됨에 따라 작업자의 위생관리가 중요함을 확인하였다. 그러므로 병원성 대장균의 저감화를 위해 동물에서 분변 등의 오염원을 차단하고 수시로 칼 세척과 장갑을 교체하고, 미생물로부터 교차오염 방지를 위한 작업환경 및 시설에 대한 세부적인 HACCP 관리기준이 보완되어져야 할 것으로 생각된다.

위의 연구결과를 종합해 볼 때 국내 소, 돼지 도축장에서 병원성 대장균의 경우 STEC과 EPEC만 많이 검출되었고, 다양한 혈청형이 분리되었지만, 일부 도축장에서 동일한 유형의 병원형과 혈청형이 존재하여 교차오염 가능성이 제기되었다. 향후 좀 더 많은 도축장을 대상으로 PFGE (pulsed-field gel electrophoresis)나 sequence-based typing 기술을 이용하여 분자역학적 분석을 통한 병원성 대장균에 대한 오염경로 구명이 필요할 것으로 생각된다.

결 론

2020년 12월부터 2021년 12월까지 전국 9개 시·도에 소재하는 소 도축장 11개소, 돼지 도축장 12개소의 도체 455건 및 환경 시료 372건에서 병원성 대장균을 분리하고 특성을 조사하였다. 병원성 대장균은 소 도축장 4개소, 돼지 도축장 4개소에서 도체 시료 9건(2.0%), 작업장 시설 3건(1.4%), 도구 2건(2.7%), 작업자에서 3건(3.5%) 분리되었다. 17개 분리주의 병원형 분포는 STEC 76.5% (13/17) 및 EPEC 23.5% (4/17)로 확인되었으며, EHEC, ETEC, EAEC 및 EIEC는 검출되지 않았다. 항생제 감수성 검사 결과 모든 균주는 한 가지 이상의 항생제에 내성을 보였으며, 3종류 이상의 항생제에 내성을 가지는 다제 내성균은 분리주의 70.6%로 총 6가지 양상으로 확인되었다. 혈청형을 축종별로 분류한 결과, 소에서는 O18 1주, O66 9주, O109 1주 총 3종이 확인되었고, 돼지에서는 O9, O76, O85, O100, O153, O159가 각 1주씩 총 6종의 혈청형이 확인되었다. 소 도축장 E에서는 도축 중 도체 표면(4주), 장갑(3주), 칼(1주)에서 분리된 병원성 대장균은 모두 STEC O66으로 확인되었으며, 항생제 내성 패턴이 CHL-FIS-STR인 균주들은 장갑과 칼에서 도체 표면으로, CHL-FIS인 균주들은 장갑에서 도체 표면으로 교차오염이 의심되었다. 이 연구를 통하여 소 및 돼지 도축장의 도체와 다양한 환경에 대한 병원성 대장균의 오염이 확인된 바, 이와 같은 병원성 대장균의 효과적인 관리를 위해서 도축장 환경에서의 오염원 차단 및 교차오염이 발생하지 않도록 모니터링 및 위생관리가 더욱 강화되어야 할 것으로 생각된다.

감사의 글

본 연구는 농림축산검역본부의 농림축산검역검사기술개발사업(과제명: 도축장 내 클로스트리듐과 예르시니아균 오염실태 및 특성조사, B-1543081-2022-23-02)의 연구비 지원에 의해 수행되었다.

CONFLICT OF INTEREST

No potential conflict of interest relevant to this article was reported.

Fig 1.

Figure 1.Comparison of antimicrobial resistance rate between pathogenic E. coli isolates from cattle and pig slaughterhouses.
CHL, Chloramphenicol; FIS, Sulfisoxazole; STR, Streptomycin; SXT, Trimethoprim/Sulphamethoxazole; AMP, Ampicillin; TET, Tetracycline; AmC, Amoxicillin/ Clavulanic Acid; FOX, Cefoxitin; CAZ, Ceftazidime; XNL, Ceftiofur; CIP, Ciprofloxacin; GEN, Gentamicin; NAL, Nalidixic Acid.
Korean Journal of Veterinary Service 2022; 45: 191-199https://doi.org/10.7853/kjvs.2022.45.3.191

Table 1 . Isolation of pathogenic E. coli from different sampling sites in cattle and pig slaughterhouses.

Sampling siteIsolation from 11 cattle slaughterhousesTotal (%) (n=380)Isolation from 12 pig slaughterhousesTotal (%) (n=447)


A (n=21)B (n=21)C (n=21)D (n=21)E (n=50)F (n=56)G (n=53)H (n=50)I (n=47)J (n=20)K (n=50)L (n=21)M (n=21)N (n=21)O (n=21)P (n=27)Q (n=57)R (n=21)S (n=64)T (n=57)U (n=59)V (n=21)W (n=57)
Carcasses (n=455)6 (2.9)3 (1.2)
Slaughter animal surface (n=225)NT*NTNTNT4NT1NT5 (5.3)NTNTNTNTNTNT1NT12 (1.5)
Chilling room carcass (n=230)11 (0.9)11 (0.8)
Facilities (n=213)1 (1.0)2 (1.8)
Lairage (n=50)NTNTNTNTNTNT11 (4.0)NTNTNTNTNTNTNT0
Slaughter sites
Sink (n=23)011 (7.7)
Evisceration table (n=23)011 (8.3)
Drain (n=23)00
Wall and floor (n=48)00
Chilling room
Wall and floor (n=46)00
Utensils (n=74)1 (2.9)1 (2.5)
Knives (n=51)11 (4.3)11 (3.6)
Saw (n=23)00
Abattoir workers (n=85)3 (7.5)0
Gloves (n=62)33 (10.0)0
Boots (n=23)00
Total (%)1 (4.8)8 (16.0)1 (2.1)1 (2.0)11 (2.9)2 (9.5)1 (4.8)2 (3.4)1 (1.8)6 (1.3)

*NT, not tested..


Table 2 . Pathotypes of E. coli isolated from cattle and pig slaughterhouses.

SourceNo. of samplesNo. of isolates (%)STEC (n=13)EPEC (n=4)
Cattle
Carcasses2056 (2.9)60
Environment1755 (2.9)41
Pigs
Carcasses2503 (1.2)12
Environment1973 (1.5)21

STEC, Shiga toxin-producing E. coli; EPEC, Enteropathogenic E. coli..


Table 3 . Characterization of pathogenic E. coli isolated from cattle and pig slaughterhouses.

AnimalSlaughter-house nameSampling sitesNo. of isolatesPathotypeVirulence factorSerotypeResistance pattern
Cattle (n=11)CChilling room carcass1STECstx1O66CHL-FIS-STR (MDR)
ESlaughter animal surface3STECstx1O66CHL-FIS-STR (MDR)
EGloves2STECstx1O66CHL-FIS-STR (MDR)
EKnife1STECstx1O66CHL-FIS-STR (MDR)
ESlaughter animal surface1STECstx1O66CHL-FIS
EGloves1STECstx1O66CHL-FIS
ISlaughter animal surface1STECstx2, STO109CHL
KLairage1EPECeaeAO18CHL-STR-FIS/SXT (MDR)

Pigs (n=6)MEvisceration table1STECstx2O9AmC-AMP-FOX-CAZ/XNL-CHL-CIP-NAL-FIS/SXT (MDR)
MSink1EPECeaeA, STO85CHL-FIS-STR-TET (MDR)
NChilling room carcass1EPECeaeAO153AMP-CHL-STR-FIS/SXT-TET (MDR)
USlaughter animal surface1STECstx2, STO159CHL-GEN/STR
UKnife1STECstx2, STO100CHL-FIS/SXT
WSlaughter animal surface1EPECeaeAO76AMP-CHL-FIS-TET (MDR)

CHL, Chloramphenicol; FIS, Sulfisoxazole; STR, Streptomycin; SXT, Trimethoprim/Sulphamethoxazole; AMP, Ampicillin; TET, Tetracycline; AmC, Amoxicillin/Clavulanic Acid; FOX, Cefoxitin; CAZ, Ceftazidime; XNL, Ceftiofur; CIP, Ciprofloxacin; GEN, Gentamicin; NAL, Nalidixic Acid..

MDR, multidrug resistance (resistant to at least three antimicrobial subclasses)..


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KJVS
Sep 30, 2022 Vol.45 No.3, pp. 145~248

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eISSN 2287-7630
pISSN 1225-6552
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