Identification of Mycobacterium Tuberculosis in Pleural Effusion by Polymerase Chain Reaction (PCR)

흉막삼출액에서 Polymerase Chain Reaction (PCR)을 이용한 결핵균의 검출에 관한 연구

Background: By amplifying small amount of DNA, polymerase chain reaction (PCR) can be used for the detection of very small amount of microbial agent, and may be especially useful in certain cases which are difficult to be diagnosed microbiologically or serologically. Tuberculous pleurisy is a disease that can be diagnosed in only 70% of cases by conventional diagnostic tools, and PCR would be a very rapid, easy, and sensitive diagnostic method. Method: The specificity and sensitivity of PCR to detect Mycobacterium tuberculosis DNA were evaluated using various strains of Mycobacteria. To evaluate the diagnostic usefulness of PCR in tuberculous pleurisy, we used PCR to detect Mycobacterium tuberculosis DNA in pleural fluid. The amplification target was 123 base pair DNA, a part of IS6110 fragment, 10~16 copies of which are known to exist per genome. The diagnostic yield of PCR was compared with conventional methods, including pleural fluid adenosine deaminase (ADA) activity. Also, the significance of PCR in undiagnosed pleural effusion was evaluated prospectively with antituberculosis treatment. Results: 1) Using cultured Mycobacterium tuberculosis and other strains, PCR could detect upto 1 fg DNA and specific for only Mycobacterium tuberculosis and Mycobacterium bovis. 2) Using pleural effusions of proven tuberculosis cases, the sensitivity of PCR was 80.0% (16/20), and the specificity 95.0% (19/20). 3) Among 13 undiagnosed, but suspected tuberculous effusion, the positive rate was 60% in 10 improved cases after antituberculosis medications, and 0% in 3 cases of proven malignancy later. 4) Adenosine deaminase level of proven and clinically diagnosed tuberculous pleurisy patients was significantly higher than that of excluded patients, and correlated well with PCR results. Conclusion: We can conclude that PCR detection of Mycobacterium tuberculosis in pleural effusion has acceptable sensitivity and specificity, and could be an additional diagnostic tool for the diagnosis of tuberculous pleurisy.

연구배경 : 결핵성 흉막 삼출은 아직까지도 우리나라에서 가장 흔한 흉막 삼출의 원인으로 생각되고 있으나, 조직학적 진단 방법을 포함한 기존의 진단 방법으로도 약 70%에서만 확진이 가능하다. 특히 고연령층이나 면역이 억제된 환자등에서 기존의 진단 방법으로 진단되지 않고, 여러가지 시험 치료에 반응하지 않는 흉막 삼출의 경우에는 임상적으로 어려움을 겪게 되며, 보다 예민한 진단 방법의 개발을 위해 여러 분야의 노력이 있어 왔다. PCR은 어느 특정한 DNA를 연속적으로 복제할 수 있어 검체내에 극미량으로 존재하고 있는 병원체의 진단에 이용되고 있으며, 결핵성 흉막염의 진단에도 도움을 줄것으로 기대되었다. 이에 저자들은 PCR을 이용한 결핵성 흉막염 진단의 유용성을 평가해 보고자 본 연구를 시행하였다. 방법 : 양성 및 음성 대조군으로 배양된 결핵균주및 비결핵성 Mycobacterium 균주를 사용하였고 연구 대상은 흉막 삼출 환자 53명이었다. 이중 결핵성 흉막염이 확진된 환자가 20명, 결핵성 흉막 삼출이 배제된 환자가 20명, 결핵이 확진되지 않았으나 임상적으로 결핵으로 의심하여 항결핵제제를 투여한 후 호전된 환자가 10명이었고, 항결핵제제 투여후에도 호전되지 않았으며 반복적인 진단 과정에서 결핵이 배제된 환자가 3명이었다. 대상 환자는 흉막 생검및 흉수의 ADA 활성도를 포함한 기존의 진단 방법과 PCR을 시행하였다. PCR의 target은 Mycobacterium tuberculosis의 특이성을 갖으며 한 개체내에 여러번 반복하여 존재한다고 알려져 있는 DNA인, IS6110 gene의 일부인 123 base pair DNA로 하였고, 그 결과를 기존의 진단 결과와 비교하였다. 결과: 1) 배양한 결핵균 및 비결핵성 Mycobacterium을 이용한 PCR의 강수성은 DNA 1 fg까지였고, Mycobacterium tuberculosis와 Mycobacterium bovis에만 특이적이었다. 2) 확진된 흉막액을 이용한 PCR의 감수성은 80.0%(16/20)였고, 특이성은 95.0%(19/20)였다. 3) 결핵이 확진되지 않았으나 임상적으로 결핵으로 의심하여 항결핵제제를 투여한 후 호전된 환자중 60.0%에서 PCR 양성을 나타내었다. 4) 결핵이 확진되지 않았으나 임상적으로 결핵으로 의심하여 항결핵제제를 투여한 환자중 호전되지 않고 추후 결핵이 배제된 환자 3명 모두에서 PCR 음성을 나타내었다. 5) 흉막액의 ADA 활성도는 확진된 결핵성 흉막염 환자군과 임상적으로 결핵이 의심되어 항결핵제 투여후 호전된 군이 여타군보다 유의하게 높았고, PCR 결과와 좋은 상관관계를 보였다. 결론 : PCR은 결핵성 흉막염의 진단에 매우 예민하고 특이적이었으며, ADA와의 좋은 상관 관계를 보였다. 따라서 PCR을 이용한 진단 방법을 추가함으로써 결핵성 흉막염의 진단에 도움을 줄 수 있을 것으로 사료되었다.