배지만들기 및 미생물배양Introduction배지는 미생물이 필요로 하는 각종 영양소들을 함유하고 있는 물질로 미생물을 생존, 증식시키기 위해 인공적으로 만들어진 액체 또는 젤 상태의 인공 영양체이다. 미생물 배양에 꼭 필요한 요소들은 S, P, O, N, C, H이며 미생물의 종류와 성질에 따라 사용하는 배지의 조성은 각각 다르며 배지의 주요 성분들로는 크게 펩톤, 육즙성분, 효모추출물, 젤라틴, 한천 등이 있다. 배지의 종류를 나눠보면 배지의 조성에 따라서는 천연배지, 합성배지, 반합성배지가 있는데 천연배지는 배지 재료가 천연물이라서 배지의 화학조성이 복잡하고 명확하지 않은 것으로 감자한천 등이 있고 합성배지는 화학조성이 알려져 있는 것으로 만든 배지이며 반합성배지는 합성배지의 성분 일부를 천연물로 바꾼 배지로 천연배지와 합성배지의 중간적인 배지이다. 또한 배지의 상태에 따라 나눠보면 액체배지, 고체배지가 있는데 이번 실험에서는 고체배지가 사용되며 이는 액체배지에 한천, 젤라틴 등을 넣어 응고시킨 것으로 주로 미생물의 보존배양 등에 사용된다. 이 실험에서 배양한 미생물은 매우 작으므로 눈으로 보이는 것은 콜로니로 미생물의 동그란 집락이다.Method1. 500ml 플라스크에 200ml의 DW와 5g의 LB Broth와 3g의 Bacto Agar를 넣고 호일로 덮어준다.2. 눈금 5~10사이까지 데워진 물이 넣어진 압력밥솥에 플라스크를 넣고 물이 끓은 뒤부터 10분 더 끓인다.3. 압력밥솥의 김을 뺀 뒤, 플라스크를 꺼내서 식힌다.4. 식힌 배지를 petri dish에 부은 다음 굳히고 면봉으로 미생물을 streaking한다.Result배지가 잘 굳지 않았으나 미생물이 배양되었음을 확인할 수 있었다.Discussion우리 조의 배지들이 모두 잘 굳지 않은 것으로 보아 LB 배지에 첨가된 한천의 양이 없거나 적음을 추측해 볼 수 있는데 어느 정도의 덩어리를 형성한 것으로 보아 3g의 한천을 넣어야 했으나 0.3g의 한천을 넣어야 한다고 착각하고 넣었을 것이다. 따라서 필요한 물질들을 더 정밀하게 첨가하는 방법들이 필요하며 멸균과정을 autoclave나 clean bench와 같은 기계들로 확실히 하면 실험을 성공할 확률이 높아질 것이다. 또한 이번 실험에서는 배양할 미생물을 정하지 않고 그냥 휴대폰 화면, 손 등에 면봉을 묻힌 뒤 배지에 묻혀 배양했는데 배양할 미생물이 무엇인지 알고 하나의 미생물만 배양하는 순수배양 방법을 사용한다면 실험 결과를 더욱 명확하게 알 수 있을 것이다. 그리고 배양기에 넣어 배양하지 않았는데 배양기에서 온도, ph 등의 조건을 배양하기에 적절히 맞춘다면 더 잘 배양될 것이다.LB배지는 트립톤, 효모추출물, NaCl, 한천으로 구성되는데 defined 배지에서는 성분들을 넣고 각각 어떤 역할을 할까 생각해 보았는데 defined 배지에 많이 넣어야할 성분으로는 주요 에너지 소스인 탄소, 아미노산을 만들기 위한 질소, 핵산을 만들기 위한 인, 단백질을 만들기 위한 황, 그리고 조효소로 작용하거나 염으로 사용되는 Na, K, Ca, Fe, 비타민 등이 필요할 것이다. 또한 LB배지 이외에 다른 복합배지로는 무엇이 있을까 생각해 보았을 때 콩 추출물 또는 우유 단백질에서 만든 배지 등이 있는데 이러한 배지들은 우유 단백질에서 혹은 콩 추출물 환경에서 증식할 수 있는 미생물들을 배양하는데 이용될 것이라고 생각된다. 마지막으로 이번 실험에서는 cell 개수가 아닌 CFU를 단위로 사용하는데 육안으로는 단일 cell을 관찰할 수 없으며 cell들이 여러 개가 모인 colony를 관찰할 수 있는데 단일 colony가 단일 cell에서 자라긴 했지만 두 개 이상의 cell들이 붙어 하나의 colony를 만드는 것도 단일 colony로 셀 수 있기 때문에 CFU를 이용했을 것이다.
DNA 구조의 이해이 실험에서의 DNA 모형을 통하여 DNA의 구조에 대하여 알 수 있었다. 일단 DNA는 핵 속의 산성 물질이라는 핵산으로 Deoxyribo Nucleic Acid, 즉 디옥시리보 핵산이며 세포에서 유전 현상과 단백질의 합성에 관여하는 물질이며 DNA는 인산, 당, 염기가 1 : 1 : 1로 이루어져 있는 뉴클레오타이드가 기본 단위이며 유전 정보를 담고 있고 주로 핵 속의 염색사에 존재 한다. 인산은 H3PO4로 구성되어 있고 디옥시리보스와의 연결을 통해 DNA의 바깥쪽 골격을 이룬다. 또한 음전하를 띠어서 히스톤 단백질과 결합을 이루게 된다. 그리고 당은 5개의 탄소로 이루어진 5탄당이며 디옥시리보스라는 단당류로 그 화학식은 C5H10O4이다. 탄소마다 번호가 매겨져 있는데 염기가 결합되어 있는 것은 1번이라 하고 순서대로 번호를 부여하여서 2번 탄소에 수소가 결합되어 있고 3번 탄소에는 수산기가 결합되어 있으며, 5번 탄소에 인산이 결합되어 있는 형태로 뉴클레오타이드가 구성된다. 뉴클레오타이드가 연결될 때는 3번 탄소에 결합된 수산기에 다른 뉴클레오타이드의 5번 탄소에 결합된 인산이 연결되어서 폴리뉴클레오타이드를 형성해서 폴리뉴클레오타이드의 한쪽 끝에는 5번 탄소가, 반대쪽 끝에는 3번 탄소가 위치하게 돼서 사슬 전체가 방향성을 가지게 되어 5‘말단과 3’말단을 형성하며 이 때의 당과 인산 사이의 결합은 공유 결합이다. 염기는 질소를 함유하는 염기성 물질로 DNA를 구성하는 염기로는 2개의 고리 구조로 이루어진 퓨린 계열 염기인 아데닌(A), 구아닌(G)과 1개의 고리 구조로 이루어진 피리미딘 계열 염기인 사이토신(C), 티민(T)이 있으며 퓨린 계열 염기가 피리미딘 계열 염기보다 크기가 크다. 이 염기들은 DNA 내에서 구조 역할과 함께 염기들의 서열에 따라 정보들이 암호화된다. DNA는 두 가닥의 폴리뉴클레오타이드가 서로 마주 보면서 꼬여 있는 2중 나선 구조이며 인산과 당은 이 2중 나선의 바깥쪽에 골격을 형성하고 염기는 당에 결합하여 안쪽을 향해 배열되어 있다. 그리고 염기들은 안쪽에서 아데닌(A)은 항상 티민(T)과, 구아닌(G)은 항상 사이토신(C)과 상보적 결합을 이루고 있으며 DNA 2중 나선에서 한쪽 가닥의 염기가 다른 쪽 가닥의 염기와 수소 결합으로 연결되어 있는데 아데닌(A)과 티민(T)은 이중 수소 결합을, 구아닌(G)과 사이토신(C)은 삼중 수소 결합을 하고 있다. 이 때, 삼중 수소 결합이 이중 수소 결합보다 안정적이므로, 구아닌(G)과 사이토신(C)의 이중 수소 결합이 많을수록 DNA 구조가 더 안정적인 상태가 되며 상보적 결합이므로 한쪽 가닥의 염기들의 서열을 알면 다른 쪽 가닥의 염기들의 서열도 알 수 있으며 아데닌(A)과 티민(T)의 양이 거의 같고, 구아닌(G)과 사이토신(C)의 양이 거의 같다는 샤가프의 법칙이 성립한다는 것을 알 수 있다. 그리고 퓨린 계열 염기의 총량과 피리미딘 계열 염기의 총량이 같다. DNA의 2중 나선의 폭은 2nm이며 2중 나선이 한 바퀴를 회전하는 데에는 총 10개의 염기쌍, 즉 20개의 염기들이 들어가고 그 거리는 3.4nm이어서 1개의 염기쌍에서 다른 염기쌍까지의 거리는 0.34nm이다. DNA의 2중 나선 구조에서 3‘말단의 맞은편에는 다른 가닥의 5’말단이 위치하게 되는, 즉 염기들의 상보적 결합을 통하여 연결된 마주보는 두 가닥의 폴리뉴클레오타이드 사슬들은 서로 반대 방향을 향하는 역평행 구조를 이루고 각 염기쌍 사이에 형성되어지는 수소 결합의 각도 차이에 의해 나선형을 이루게 된다. 또한 일반적으로 알려진 2중 나선 구조는 B-DNA인데 이것 이외에도 더욱 빽빽하게 꼬인 A-DNA와 오른쪽으로 꼬인 B-DNA와 반대로 왼쪽으로 꼬인 Z-DNA의 구조도 있는데 이러한 A-DNA와 Z-DNA는 특수한 상황에서만 나타나며 보통DNA들은 B-DNA의 구조를 띠고 있다. DNA 2중 나선 구조는 안정적이어서 세포 내에서는 헬리카제와 같은 효소의 작용이 없이는 2중 나선이 풀리지 않는데, 세포 밖에서는 주위 조건에 따라 풀릴 수 있다. 예를 들어서 온도가 높아지면 폴리뉴클레오타이드 두 가닥의 염기 사이의 수소 결합이 끊어져서 단일 가닥으로 나누어지고 온도가 낮아지면 다시 결합하게 되는데, 이때 2중 나선이 절반 정도 풀리는 온도를 T라고 하면 T는 수소 결합이 많은 DNA 2중 나선이 더 안정적이므로 DNA의 길이와 구아닌(G)과 사이토신(C)의 삼중 수소 결합의 양에 비례한다.
지문 채취 및 범인 찾기Introduction지문은 손가락의 끝에 있는 땀샘의 입구가 융기한 선들에 의해 만들어지는 모양으로 즉, 손가락 끝마디의 피부능선들이 모여서 이루어진 구조이며 기본형으로는 융선을 기준으로 궁상문, 제상문, 와상문으로 분류할 수 있다. 지문은 사람마다 다르고 표피 밑층에 있는 진피에서 형성되어서 진피 부분만 손상되지 않으면 평생 바뀌지 않는 형질이며 죽은 다음에도 한동안 남아있어서 사후에도 계속 이용될 수 있기 때문에 법의학 분야에서 개인 식별에 이용되고 있다. 또한 유전병 및 민족 특이성을 갖고 있으므로 유전병 진단 및 여러 민족들의 특성을 밝히는 데에도 이용된다. 지문을 채취하는 방법으로는 닌하이드린 용액이 열을 받으면 남보라색으로 변하는 원리 등을 이용한 액체법과 알루미늄가루 등이 지문에서 나오는 땀과 기름에 붙어서 지문을 찾는 분말법, 강력한 접착 성질을 이용하는 훈증법 등이 있다. 이렇듯 여러 분야에서 사용되는 지문을 이번 실험에서 우리가 직접 찍어보고 관찰해보면서 각 개체마다 다른 지문을 갖고 있다는 것을 비교하고 분말법을 이용하여 지문을 채취해보고 이를 통해 누구의 지문인지 찾는 과정을 통해 지문을 이용하여 개인을 식별할 수 있으며 지문을 채취할 때 과학적인 방법이 사용됨을 알아본다.Method1. 깨끗이 씻은 손가락에 지문 잉크를 묻히고 지문카드에 지문을 찍는다.2. 슬라이드 글라스에 씻은 손가락으로 지문을 묻히고 붓과 흑색 지문 분말을 이용하여 지문 이 나타나게 한다.3. 테이프를 이용하여 슬라이드 글라스 위의 지문 분말을 떼고 코팅필름을 이용하여 지문을 채취한 후 지문전사대지에 붙인다.4. 이와 같은 방법을 이용해 한 명의 조원의 지문을 슬라이드 글라스에 찍고 조원들의 지문 카드와 함께 줘서 누구의 지문인지 알아보게 하고 다른 조의 것도 받아서 추측해본다.Result사진 사진왼쪽은 내가 찍은 나의 지문들이고 오른쪽은 슬라이드 글라스에서 채취한 다른 사람의 지문으로 다른 사람들의 지문카드에 대조해보면서 누구의 지문인지 찾아낼 수 있었다.Discussion지문카드에 나의 지문들이 찍힌 것을 보고 여러 모양이 있음을 알 수 있었는데 지문의 종류에는 기본형으로 궁상문, 제상문, 와상문이 있는데 궁상문이 전체 지문의 약 5%로 가장 작은 비율을 차지했고 와상문이 33%, 제상문이 62%를 차지했다. 궁상문은 활 모양의 궁상선으로 형성된 지문이고 제상문은 말발굽 모양의 제상선으로 형성되며 흐르는 융선의 반대 쪽에 삼각도가 1개 있는 지문이고 와상문은 와상선, 환상선, 제상선, 이중제상선 기타 융선이 독립 또는 혼재되어 있는 2개 이상의 삼각도가 있는 지문이다. 나는 8개의 손가락 지문이 와상문이었고 2개가 제상문이었으며 궁상문은 없었음을 확인할 수 있었다. 그리고 다른 조원들과 비교해보니 사람마다 지문이 제각각임을 알 수 있었다. 그 이유는 사람마다 유전 인자형이 다르기 때문인데 아직 지문에 관여하는 확실한 유전자형은 밝혀지지 않았다. 지문은 다인자 유전 형질로 여러 개의 유전자가 관여하는데 키와 같이 환경에도 영향을 받고 연속적인 변이의 특징을 갖는다. 따라서 제상문이 많은 부모에게서는 제상문이 많은 자식이 태어나는데 이것은 멘델의 우열의 원리처럼 우성과 열성을 판단하기 어렵고 그래프로 나타냈을 때 연속적이고 경사진 연속 변이를 나타내고 대립 유전자가 여러 개이므로 표현형 또한 다양하다. 그리고 지문은 손가락의 피지선에서 나오는 기름기 때문에 물체에 자국이 찍혀서 생기는데 유리나 금속면과 같이 매끄러운 표면에 그나마 선명하게 남고 종이와 같이 덜 매끄러운 표면에는 덜 뚜렷하게 남게 된다. 지문을 채취하는 데에는 대부분 분말법을 많이 이용하는데 분말법은 지문이 묻어있을 만한 곳에 알루미늄가루나 흑연가루, 숯가루를 뿌리고 붓으로 더 묻혀줘서 지문을 명료하게 하는 방법이다. 그러나 이 방법은 뚜렷하지 않은 지문을 채취하기 어렵고 시간이 흐를수록 묻어있는 기름 성분이 사라지기 때문에 오래되면 선명한 지문을 얻을 수 없다. 따라서 더 선명한 지문을 얻기 위해서 과학 수사를 할 때 액체법을 주로 이용한다. 닌하이드린 용액을 잠복성 지문이 있는 곳에 뿌리고 섭씨 80도로 말리면 용액이 증발하면서 지문이 찍힐 때 기름과 함께 묻은 소량의 아미노산과 닌하이드린이 반응하여 점차 남보라색의 지문이 나타나게 된다. 이 액체법이 발명된 초기에는 휘발성이 강한 아세톤과 닌하이드린의 혼합용액을 이용하다가 폭발 위험성이 높고 두통을 동반한다는 단점을 보완하기 위해 요즘에는 에탄올을 이용하여 시약을 만들어 안정성을 높였다. 이 외에도 과학 수사에서는 특정한 빛을 쪼이면 형광빛이 나는 시약을 이용한 형광법이나 질산은 용액을 이용한 액체법을 이용하기도 하며 레이저 이용법, 자외선 촬영법 등 매우 다양한 방법들이 있다. 이와 같이 법의학에서 지문이 많이 이용되는데 진찰에도 지문이 이용되는 경우가 있다. 에드워드 증후군의 경우에는 궁상문이 많은데 궁상문은 융기선 수가 0이므로 융기선 수가 매우 작으며 터너 증후군의 경우에는 와상문이 많은데 와상문은 융기선 수가 많으므로 융기선 수가 매우 많게 나타난다.
배지만들기 및 미생물 배양(생물학 실험)
