세균 ()
내용 요약
세균은 현미경으로만 관찰할 수 있는 무핵의 단세포성 생물이다. 세포의 모양에 따라 공 모양의 구균, 막대 모양의 간균, 나선모양의 나선균과 긴 관 또는 도깨비 방망이 모양의 돌출 부속기관을 가지고 있는 균이 있다. 핵 물질과 세포질 사이에 핵막이 없어 무핵 세포라고도 한다. 가정하수, 쓰레기 등을 분해하여 자연을 정화할 뿐만 아니라 자연의 물질 순환을 일으켜 인류에게 이익을 주고 있다. 그러나 음식물이나 피복류를 변패시키는 부패 세균과 사람이나 동식물에 기생하거나 독소를 생산하여 질병을 일으키는 병원 세균 등 유해 세균도 있다.
정의
현미경으로만 관찰할 수 있는 무핵의 단세포성 생물.
내용
세포의 크기는 지름이 작은 것은 0.1㎛, 큰 것은 5㎛이고, 길이가 작은 것은 0.2㎛, 큰 것은 80㎛나 된다. 세포의 모양에는 공모양을 한 주1, 막대모양을 한 주2, 나선모양을 한 주3과 긴 관(管) 또는 도깨비 방망이 모양의 돌출 부속기관을 가지고 있는 균이 있다. 구균 가운데는 종의 특성에 따라 세포가 배열하는 모양이 다르다. 즉 2개의 세포가 붙어 있는 쌍구균, 4개가 연결된 4련구균(四連球菌), 8개가 입방체 모양으로 연결된 8련구균, 여러 개의 세포가 염주모양으로 연결된 연쇄상구균(連鎖狀球菌)과 포도송이처럼 뭉쳐진 포도상구균(葡萄狀球菌) 등이 있다. 간균의 경우, 세포들이 길게 연결된 균사(菌絲) 모양을 한 것이 있다.
세균 세포는 핵 물질(1분자의 DNA) · 세포질 · 세포막 · 세포벽으로 되어 있고, 이외에 점액층 또는 피막(皮膜)을 가지고 있는 것도 있다. 핵 물질과 세포질 사이에 핵막이 없어 핵과 세포질이 구별되지 않아 세균세포를 무핵 세포라고도 한다. 세포질에는 유핵세포에서 관찰되는 소포체(小胞體) · 골지체 · 미토콘드리아 · 엽록체 · 액포 등의 세포기관이 없고, 70s 리보솜 · 메소솜과 영양물질이 저장된 과립체 또는 주4 등이 있다.
광합성 세균에는 틸라코이드(thylakoid)나 크로마티움(chromatium) 또는 클로로솜(chlorosome)과 같은 광합성기관이 있으며, 무기영양세균(無機榮養細菌) 가운데에는 층판(lamella)이나 소포(vesicle) 등과 같은 소기관을 가진 것도 있다. 또한 편모(鞭毛)와 필리(pili) 같은 섬유상의 기관도 여러 세균의 표면에서 관찰된다.
세균의 종에 따라 한 극(極)에 1개의 편모를 가진 단모균(單毛菌), 한 극에 여러 개의 편모를 가진 총모균(叢毛菌), 양극에 편모가 나있는 양모균(兩毛菌), 세포의 둘레에 나 있는 주모균(周毛菌)이 있다. 세균 가운데는 열, 건조 또는 방사선 등의 극한 환경을 견딜 수 있는 내생포자를 만드는 것도 있다. 이러한 세포를 주5라고 하고 이런 세포로 된 생물을 원핵생물(procaryote) 또는 세균(bacteria)이라 한다.
세균은 세포벽과 세포막의 구성성분과 RNA 중합효소(polymerase) 및 16s rRNA 유전자의 염기서열분석에 의한 유연관계에 따라 진정세균(眞正細菌 주6과 원시세균(原始細菌 주7으로 크게 구분된다. 특히 원시세균은 고온이나 고염도 등과 같은 극한 환경에 서식하는 세균이다. 세균은 다양한 주8을 가지고 있어 지구상에 존재하는 생물체 내외 및 자연환경의 모든 곳에 존재하며, 물질대사 속도가 빠르기 때문에 증식속도도 빨라서 지구상에 존재하는 막대한 양의 물질을 변환하는 특성을 가진 생물이다.
세균은 다양한 물질을 분해하고 생산하는 생리적 특성을 지니고 있어 우리에게 이익을 주는 것도 있고 해를 주는 것도 있다. 인류가 유익하게 이용하고 있는 세균으로는 알콜 발효에 자이모모나스(Zymomonas), 식초산 발효에 식초산 세균(acetobacter), 아세톤 · 부탄올 · 부틸산 · 시트로산 · 프로피온산 · 비타민 B2 생산에 클로스트리디움(Chlostridium), 김치 · 청주 · 야쿠르트 등의 젖산발효에 젖산세균, 조미료인 글루탐산 생산에 미크로코크스 글루타미쿠스(Micrococcus glutamicus) 등이 있다.
그리고 브레비박테리움(Brevibacterium) · 스트렙토마이신 · 테트라사이클린 · 클로람페니콜 등의 항생물질 생산에 방선균(放線菌), 아밀라제 · 프로테아제 등과 같은 소화 효소제의 생산에 바실루스(Bacillus), 대용혈장과 분자체(molecular sieve)로 이용되는 덱스트란 생산에 류코노스톡(Leuconostoc), 윤활제 또는 도료의 겔화제를 생산하는 크산토모나스(Xanthomonas)가 있다.
또한 단세포 단백질을 생산하는 메틸로필루스 메틸로피우스(Methylophylus methylophyus), 프레드니솔론 생산에 코리네박테리움(Corynebacterium), 잔류성 농약에 의한 공해가 없이 나비나 모기 유충만을 선택적으로 살충하는 특수 단백질을 생산하는 바실루스(Bacillus), 공중 질소를 고정하여 농산물의 증산에 공헌하는 리조비움(Rhizobium) · 아조토박터(Azobacter) · 클로스트리디움(Clostridium) · 프란키아(Frankia), 저품위 동광석과 우라늄 광석에서 구리와 산화우라늄을 생산하는 치오바실루스(Thiobacillus) 등이 있다.
세균은 가정하수, 쓰레기, 공장 폐수나 폐기물, 농산 폐기물 등을 분해하여 자연을 정화할 뿐만 아니라 자연의 물질 순환을 일으켜 생물이 이들을 재이용할 수 있게 함으로써 인류에게 무한한 이익을 주고 있다. 최근에는 분자생물학의 발달로 세균의 효소를 이용한 유전자 조작기법이 개발됨에 따라 생리활성 물질인 인슐린, 성장호르몬과 같은 물질이 생산되고 있고, 미생물 산업에서의 신공정 개발 및 인류 질병의 예방 · 진단 · 치료뿐만 아니라 노화 방지에 관여하는 물질들을 생산하려는 연구가 활발하게 진행되고 있다.
유해세균으로는 음식물이나 피복류를 변패 시키는 부패세균과 사람이나 동식물에 기생하거나 독소를 생산하여 질병을 일으키는 병원세균이 있다. 잘 알려진 부패세균으로는 바실루스, 클로스트리디움, 슈도모나스(Pseudomonas), 장내세균군 등이 있다. 세균이 사람을 비롯한 동식물에 병을 일으키는 것은 세균이 주9에 해를 끼치는 독소(toxin)를 생산하거나, 숙주조직에서 증식하는 능력이나 호흡기 · 위장관 · 비뇨생식기 등의 피부나 점막 같은 표면에서 증식할 수 있는 능력을 가지고 있기 때문이다.
사람의 병원세균의 독소에는 단백질성 물질인 외독소(exotoxin)와 지질 다당류성분인 내독소(endotoxin)로 분류된다. 외독소는 비정상적으로 장관세포를 자극하여 설사나 식중독증을 일으키는 장독소(enterotoxin)와 응혈을 형성하게 하는 응고효소(coagulase)나 백혈구 사멸소(leukocidin), 용혈소(hemolysin), 단백질 가수분해효소(protease) 등과 같은 효소로 숙주세포를 죽이는 세포독소(cytotoxin) 및 신경의 정상적인 자극 전달을 방해하는 신경독소(neurotoxin)로 구분된다.
장독소를 분비하여 설사병을 일으키는 세균으로는 콜레라균 · 대장균 · 이질균 등을 들 수 있고, 식중독을 일으키는 세균으로는 포도상구균 · 클로스트리디움 퍼프린젠스(Clostridium perfringens) · 대장균 · 살모넬라(Salmonella) 등이 있다. 디프테리아 균은 세포독소로서 ADP-리보실 전이효소를 분비하여 숙주세포의 단백질 합성을 방해하여 디프테리아라는 병을 일으키며, 농가진 · 종기 · 화농 · 폐렴을 일으키는 포도상구균은 응고효소 · 백혈구 사멸효소 · 용혈소 등의 세포독소를 분비하여 병을 일으킨다. 신경독소를 분비하는 세균으로는 파상풍균과 클로스트리디움 보툴리눔(Clostridium botulinum)이 있다.
내독소는 외독소와는 달리 대장균 · 주10 · 콜레라 등과 같은 그람음성균의 세포벽 외막 구성성분인 지질 다당류이며, 이것은 숙주의 발열 · 쇼크 · 설사 때로는 내출혈이나 유산 등을 일으킨다.
참고문헌
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『서울대학교의과대학사 1885∼1978』(서울대학교 출판부, 1978)
『우리 나라 현대의학 그 첫 세기』(全鍾暉, 最新醫學社, 1987)
Bergey's Manual of Systematic Bacteriogy Vol. 1∼3(Krieg and Holt, Williams ＆ Wilkins, 1984∼1987)
The Microbial World(Starier, Prentice Hall, 1986)
Biology of Micro-organism(Brock, Prentice Hall, 1988)
주석
집필자