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1. 미생물학의 이해
1.1. 미생물의 정의와 분류
미생물은 육안으로 확인할 수 없을 정도로 작은 생물군으로, 현미경을 통해 관찰할 수 있다. 미생물에는 바이러스, 세균, 진균, 단세포, 조류, 원생동물 등이 포함된다. 미생물학은 이들 미생물의 구조와 기능을 이해하고, 미생물로 인한 감염병 및 감염경로를 밝히며, 다양한 산업에 적용 또는 응용하려는 학문이다.
미생물의 발견과 연구 역사를 살펴보면, 로버트 후크가 현미경 발명으로 최초의 세포를 발견하였고, 레디가 미생물 병인설을 확립하였다. 파스퇴르는 미생물의 증식을 억제하는 살균법과 백신을 개발하였으며, 코흐는 미생물의 병인설을 확립하였다. 이후 핵막 유무에 따라 진핵생물과 원핵생물로 구분하게 되었고, 이를 바탕으로 미생물의 분류 체계가 발전해왔다.
세균은 알균, 막대균, 나선균, 다형태균 등 형태에 따라 다양하게 분류되며, 배열 방식에 따라서도 쌍, 사슬, 사륜으로 나뉜다. 세균의 구조와 기능을 살펴보면, 원형질막과 세포벽은 세포를 보호하고, 표면 부속지는 이동, 부착, 흡수, 감각 등의 역할을 한다. 리보솜, 핵양체, 아포 등 다양한 세포 내 소기관이 존재하며, 영양요구성, 온도, 삼투압, 산소 조건 등에 따라 성장이 영향받는다.
바이러스는 핵산(DNA 또는 RNA)을 가지고 있지만 스스로 증식할 수 없어 숙주 세포에 기생하며, 크기와 형태, 유전체 구조, 숙주, 복제 방법 등에 따라 다양하게 분류된다. 바이러스는 숙주 세포에 침투하여 자신의 유전물질을 주입하고, 숙주 세포의 기능을 이용하여 증식하는 용균성 생활사와 용원성 생활사를 거친다.
1.2. 미생물의 구조와 기능
미생물의 구조와 기능은 다음과 같다.
미생물은 원핵세포와 진핵세포로 구분된다. 원핵세포는 세포 내에 핵막이 없고 유전물질이 세포질에 분산되어 있는 단순한 구조를 가진다. 이에 반해 진핵세포는 핵막으로 둘러싸인 핵을 포함하며 다양한 세포내 소기관을 갖고 있어 보다 복잡한 구조를 지닌다.
원형질막은 세포 내부와 외부를 구분하는 약 8nm 두께의 지질과 단백질로 구성된 막으로, 세포의 구조적 지지, 물질 운반, 화학반응 조절 등의 기능을 수행한다. 세포벽은 원형질막 바깥쪽에 위치하며 세포의 물리적/화학적 손상으로부터 보호하는 역할을 한다. 세균의 종류에 따라 펩티도글리칸 층의 두께와 조성이 다르며, 이를 기준으로 그람양성균과 그람음성균으로 구분한다.
세균의 표면에는 선모, 편모, 당질층 등의 부속지가 존재하며, 이동, 부착, 흡수, 감각수용 등의 기능을 담당한다. 특히 편모는 단백질 플라겔린으로 구성된 나선형의 구조로, 세균의 운동에 이용된다. 세균의 내부에는 치밀한 젤라틴성 세포질과 함께 유전물질인 환상형 DNA, 리보솜, 봉입체 등이 존재한다. 일부 세균은 가혹한 환경에 대한 저항성을 높이기 위해 아포를 형성할 수 있다.
세균의 증식은 이분법에 의해 이루어지며, 두 개의 동일한 딸세포를 생성하는 과정이다. 세균의 성장은 지체기, 성장기, 정체기, 사멸기의 단계를 거친다. 영양 요구성, 온도, 삼투압, 산소 조건 등이 세균의 성장에 영향을 미치며, 호열균, 중온균, 저온균 등으로 분류된다. 세균은 호흡과 발효를 통해 에너지를 생성하며, 동화작용을 통해 다양한 물질을 합성할 수 있다.
1.3. 세균의 형태와 배열
세균의 형태와 배열은 세균을 분류하는 주요한 기준이다. 세균은 단세포 생물로 다양한 형태와 배열을 나타내는데, 그 특징은 다음과 같다.
세균의 형태는 크게 알균, 막대균, 나선균, 다형태균으로 구분된다. 알균은 전체적인 모양이 구형에 가까운데, 황색포도알균이 대표적인 예이다. 막대균은 막대 모양의 세균으로 탄저병균, 보툴리늄균, 살모넬라균 등이 이에 속한다. 나선균은 두껍고 견고한 나선형의 세균으로 설치류에 감염되어 쥐물림열을 일으키는 스피릴룸이 대표적이다. 다형태균은 비브리오균과 같이 굽은 형태의 막대균에 속한다.
세균은 형태뿐만 아니라 배열 방식에 따라서도 구분된다. 쌍(diplo-)은 두 개의 세포가 한 평면으로만 연결되어 있는 경우이며, 폐렴사슬알균이 이에 해당한다. 사슬(strepto-)은 단일 축을 따라 분열하여 사슬 모양으로 배열되는 경우로, 사슬알균과 고름사슬알균이 대표적이다. 사륜알균(tetrads)은 알균이 2개의 평면 내에서 분열하여 4개씩 사각형 배열을 이루는 것이다. 포도(staphylo-)는 포도송이 모양의 다발을 이루는 것으로 포도알균이 여기에 속한다. 막대균(bacilli)은 하나의 평면에서 분열하여 쌍이나 사슬을 형성한다.
이처럼 세균은 다양한 형태와 배열 방식을 가지고 있으며, 이는 세균을 분류하고 동정하는 데 중요한 기준이 된다.
1.4. 세균의 구조 및 증식
세균의 구조와 기능은 세포 보호, 물질 운반, 화학반응 조절 등 다양한 역할을 담당한다. 세균의 주요 구조로는 원형질막, 세포벽, 표면 부속지, 세포질, 핵양체, 리보솜, 봉입체 등이 있다.
원형질막은 약 8nm 두께의 인지질과 단백질로 구성된 세포 내외부 환경을 구분하는 층이다. 세포벽은 그람양성균은 두꺼운 펩티도글리칸 층, 그람음성균은 얇은 펩티도글리칸 층으로 구성되어 세포 형태 유지와 물리/화학적 손상으로부터 보호하는 역할을 한다.
표면 부속지에는 선모와 편모가 있으며 이동, 부착, 흡수, 감각 등의 기능을 수행한다. 세포질은 젤라틴 성 바탕질과 여러 물질이 혼합되어 있다. 핵양체는 환상 형태의 유전물질을 가진다. 리보솜은 단백질 합성 기관이며, 봉입체는 영양분 저장소로 ...
