Streptococcus mutans

Streptococcus mutans는 그람 양성의 구균입니다. 호기성 조건과 혐기성 조건 모두에서 생육이 가능한 미생물로 18~40℃에서 잘 서식하는 중온성입니다. 인간의 구강에서 서식하며 충치 발생에 중요한 역할을 하기 때문에 개인의 건강 상태에 큰 영향을 미치는 세균으로 유명합니다. 1924 년에 영국의 J. Kilian Clarke가 최초로 S. mutans가 충치를 유발하는 균주임을 밝혔습니다^​1​. 인간 구강에서 충치를 유발하는 균주 그룹인 Mutans streptococci에서 S. sobrinus와 함께 그룹을 대표하는 균주이기도 합니다^​2​. 2002년에 S. mutans UA159 병원균의 유전체 염기서열이 밝혀졌으며 유전체 크기는 2,030,936 bp, GC ratio는 36.82%로 낮은 축에 속하였습니다. 1,963개의 ORF를 가지고 있으며 비산소성 경로를 통해 다양한 탄수화물을 대사하고 수송 시스템과 관련된 유전자가 유전체의 약 15%를 차지하고 있습니다^​3​.

S. mutans는 충치 형성에 작용하는 다양한 독성 인자를 보유하고 있습니다. 첫째로, 대사를 통해 젖산을 생성합니다. 두 번째, 지용성 글루칸을 생성합니다. 이 지용성 글루칸은 박테리아들이 치아 표면에 결합하는데 도움을 줄 수 있습니다.  마지막으로 가장 중요한 독성 인자는 S. mutans의 호산성(acidophilicity)입니다. 젖산 생성을 통해 pH가 낮아진 환경에서 S. mutans는 다른 구강 박테리아보다  훨씬 활발한 신진대사 활동을 할 수 있습니다. S. mutans는 구강 생태에서 우점하는 병원균이 되며, 낮아진 pH로 인하여 치아의 표면이 녹고(demineralization) 충치가 생깁니다^​4,5​.

다른 감염성 병원균처럼 S. mutans도 인간 호스트 사이에서 전파되기 위해 전송 경로에 의존합니다. S. mutans가 안정적으로 정착하기 위해서는 치아 표면처럼 단단하고 벗겨지지 않는(non-shedding) 장소가 필요하기 때문에 일반적으로 유치가 나기 전까지는 유아에서 S. mutans가 발견되지 않는다고 알려져 있습니다. 보통 1세에서 2세 사이에 치아가 나면 S. mutans가 구강에 정착하여 충치를 유발할 수 있는데 이를 ECC (Early Childhood Caries)라고 합니다. S. mutans의 가장 흔한 전염 경로는 어머니에서 아이에게 전달되는 수직 감염입니다. Bacteriocin typing study, chromosomal DNA pattern과 plasmid 유사성 연구 등을 통해 수직 감염이 이루어지는 근거가 확인되었습니다. Berkowitz^​6​에 따르면 어머니가 타액 1ml당 10⁵ cfu의 S. mutans를 가지고 있는 경우 유아에 전염될 확률이 58%이었으나, 10³ cfu일 때는 6%의 확률을 보여 약 9배 감소하는 것을 볼 수 있었습니다. 이는 어머니의 타액에 포함된 S. mutans의 밀도가 유아의 초기 감염에 큰 위험 인자임을 말해줍니다^​4,6​. 한편 S. mutans는 수평 감염을 통해 전파될 수 도 있습니다. 같은 보육학교에 다니는 아이들의 타액에 동일한 균주의 S. mutans가 있는 경우가 많았으며^​7​ 5세 이후까지 S. mutans가 검출되지 않던 아이들은 이후 감염되었을 때  부모와 균주를 공유하는 것이 관찰되었습니다^​8​. 타인과 빈번하게 접촉하는 것은 S. mutans를 전파하기에 충분한 것으로 보이며, 이는 어린이집과 같은 환경에서 독성이 강한 균주를 가지고 있는 아이들에 의해 다른 아이들이 충치에 감염될 가능성이 증가할 수 있다는 것을 의미합니다.

NGS 시퀀싱이 개발된 이후로 마이크로바이옴 연구가 발전하면서 구강 마이크로바이옴 연구도 활발히 이루어지고 있는데, S. mutans는 그 중에서도 중요한 바이오마커로 다루어지고 있습니다. 예를 들어 2016년에 실시된 한 연구논문^​9​에서는 루마니아와 스웨덴 청소년의 구강 마이크로바이옴을 분석하여 충치가 심한 루마니아의 청소년들에게 집중적으로 S. mutans가 검출되는 것을 확인하였고, 집단의 충치 발병률과 병원균 검출빈도 간의 정적 상관관계를 확인할 수 있었습니다. 또 다른 연구^​10​에서는 우유 섭취가 구강 마이크로바이옴의 변화와 충치세균 감소에 효과가 있다는 연구 결과를 발표하였습니다. 우유 섭취율이 낮은 군에서는 높은 군에 비해 S. mutans가 더욱 흔하게 발견되었으며, 기존 우유 단백질과 펩타이드가 S. mutans의 접착 및 대사의 차단 효과를 보여준다는 기존 연구와 동일한 결과를 보였습니다. 이와 같이 구강 마이크로바이옴 분석을 통해 S. mutans의 감염 실태 확인부터 예방까지 다양한 관점에서 연구가 이루어지고 있습니다.