Analysis of rpoB Gene in Rifampin-Resistant M. Tuberculosis by Direct Sequencing and Line Probe Assay

염기서열결정과 Line Probe 분석법에 의한 Rifampin내성 결핵균의 rpoB 유전자 분석

Background : The emergence of multidrug-resistant strains of Mycobacterium tuberculosis presents a significant challange to the treatment and control of tuberculosis, and there is an urgent need to understand the mechanisms by which strains acquire multidrug resistance. Recent advances in molecular methods for the detection of M. tuberculosis genetic targets have approached the sensitivity of culture. Furthermore the prospect of determining resistance in mycobacteria at the nucleic acid level particulary to first-line drugs like rifampin, isoniazid has provided a glimps of the next generation of sensitivity test for M. tuberculosis. Previous studies in RMP resistant M. tuberculosis have shown that mutation in $\beta$subunit of RNA polymerase is main mechanism of resistance. Method : In this study, rpoB gene for the $\beta$subunit of RNA polymerase from M. tuberculosis of 42 cultured samples (32 were RMP resistant and 10 were sensitive cases) were isolated and characterised the mutations. Direct sequencing data were compared with the results of INNO-LiPA Line Probe Assay (LiPA, Innogenetics, Belgium), commercial RMP resistance detecting kit using reverse hybridization method. Results : All of the RMP resistant samples were revealed the presence of mutation by LiPA. In 22 samples (68.8%) out of 32 RMP resistant cases, the mutation types were confirmed by the positive signal at one of 4 mutation bands in the strip. The most frequent type was R5 (S531L) which were 17 cases (77.3%). Results of direct sequencing were identified the exact characteristics of 8 mutations which were not confirmed by LiPA. S522W type point mutation and 9 base pair deletion at codon 513~515 were new identified mutations for the first time. Conclusion : Mutations in rpoB gene is the main mechanism of RMP resistance in M. tuberculosis and LiPA is a very useful diagnostic tool for the early diagnosis of RMP resistance in M. tuberculosis.

연구배경 : 다제내성결핵의 증가는 효과적인 결핵 치료를 어렵게 할 뿐만 아니라 결핵관리 사업에 큰 장애로 대두되고 있다. 따라서 다제내성결핵균의 내성획득 기전에 대한 이해와 조기진단 방법의 개발이 시급한 실정이다. 최근 분자생물학의 발달로 결핵균의 유전학적인 검검출방법은 기존 배양검사의 감수성에 필적하는 수준이며, 더 나아가 1차 약제인 INH와 RMP 등의 핵산 수준에서 내성기전에 대한 최근의 연구 결과는 더욱 새롭고 빠른 감수성 검사의 기틀을 마련할 것으로 생각된다. RMP에 대한 M. tuberculosis의 주 내성기전은 RNA polymerase $\beta$subunit (rpoB)의 돌연변이로 보고되고 있다. 방 법 : 본 실험에서 42예의 결핵균 배양검체 (RMP 내성 32예, 감수성 10예)를 선택하여 rpoB 유전자의 돌연변이를 분석하였다. 역교잡법(reverse hybridization)을 이용한 상용화된 INNO-LiPA Line Probe Assay (LiPA)를 이용하여 돌연변이 양상을 검사하고 직접염기서열 방법으로 분석한 결과와 비교하였다. 결 과 : LiPA에서 RMP 감수성균주는 S띠의 발색이 모두 나타났으며, 내성균주는 모두 R띠의 발색이냐 S띠의 소실이 나타나 내성임을 확인할 수 있었다. 내성균주 32예중 22예(68.8%)는 4개의 R띠중 하나의 소실이 있어 바로 돌연변이 양상을 확인할 수 있었으며 R5(S531L)형이 17예(77.3%)로 제일 많았다. LiPA에서 확인되지 않았던 10예는 직접염기서열 분석법으로 내성양상을 검사한 바, 총 11예와 점돌연변이와 1예의 염기결실을 확인하였다. 이중 S522W와 9염기쌍의 결실은 현재까지 보고된 바 없는 처음으로 보고되는 유형의 돌연변이었다. 결 론 : 한국인의 결핵균에서 RMP 내성의 주 기전은 rpoB 유전자의 돌연변이에 의한 RNA polymerase의 구조 변화에 기인하는 것을 알 수 있었고 직접염기서열 결정법으로 그 양상을 확인하였으며, LiPA법이 RMP 내성의 조기진단에 유용하게 이용될 수 있는 것으로 판단되었다.