미생물의 구조와 분류

1. 미생물의 기본 구조

 

A. 원핵세포와 진핵세포

미생물은 세포 구조에 따라 원핵세포와 진핵세포로 나뉜다.

이미지출처_The Differences Between Prokaryotes and Eukaryotes

 

• 원핵세포(Prokaryote): 핵이 없고, DNA가 세포질 속에 자유롭게 떠 있다. 대표적인 예로 세균과 고세균이 있다. 원핵세포는 단순한 구조를 가지며, 세포소기관이 발달하지 않았다. 대신 리보솜을 통해 단백질을 합성하고, 세포벽을 가진 경우가 많아 외부 환경 변화에 강하다. 분열 방식은 이분법(binary fission)으로 빠르게 증식할 수 있다.

 

• 진핵세포(Eukaryote): 세포 핵이 있으며, 미토콘드리아, 소포체 같은 다양한 세포 소기관을 가진다. 원생동물, 진균, 조류 등이 이에 속한다. 진핵세포는 세포막으로 둘러싸인 핵을 가지며, DNA가 염색체 형태로 저장된다. 분열 방식은 유사분열(mitosis) 또는 감수분열(meiosis)을 통해 복잡한 생명활동을 수행한다. 또한, 원핵세포와 달리 세포 내 소기관을 통해 효율적인 대사를 진행할 수 있다.

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B. 세균의 구조

세균은 다양한 형태를 가지며, 각각의 구조가 생존과 감염 능력에 중요한 역할을 한다.

이미지출처_Cell ❘ Definition, Types, Functions, Diagram, Division, Theory, & Facts ❘ Britannica

 

• 세포벽(Cell wall): 대부분의 세균은 펩티도글리칸(peptidoglycan)으로 구성된 세포벽을 가지며, 외부 환경으로부터 세포를 보호하고 세포 모양을 유지하는 역할을 한다. 세포벽의 구성에 따라 그람양성과 그람음성 세균으로 구분된다.
• 세포막(Cell membrane): 인지질 이중층으로 이루어져 있으며, 세포 내부와 외부 사이의 물질 교환을 조절하고 에너지를 생성하는 역할을 한다.
• 리보솜(Ribosome): 단백질을 합성하는 세포소기관으로, 원핵세포의 리보솜은 70S(50S+30S) 구조를 가진다.
• 편모(Flagella): 일부 세균은 편모를 이용하여 운동성을 가진다. 편모는 세균이 이동할 수 있도록 돕는 나선형 구조물이며, 단일 또는 여러 개의 편모를 가질 수 있다.
• 섬모(Pili) 및 핌브리아(Fimbriae): 세균이 표면에 부착하거나 다른 세균과 유전물질을 교환하는 데 사용된다.
• 당질피질(Glycocalyx): 점액층(Slime layer) 또는 협막(Capsule) 형태로 존재하며, 세균을 보호하고 숙주 조직에 부착하는 데 도움을 준다.
• 포자(Endospore): 일부 세균(예: Bacillus, Clostridium)은 불리한 환경에서도 생존할 수 있도록 아포(endospore)를 형성한다. 포자는 열, 방사선, 건조 환경에서도 견딜 수 있는 강한 내성을 갖는다.

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C. 세균의 형태와 배열

세균은 다양한 형태로 존재하며, 분열 방식에 따라 배열 형태가 달라진다.

 

구균(Coccus): 둥근 형태로 존재하며, 다양한 배열 형태를 가질 수 있다.

이미지출처_Introduction to the Microscope and Comparison of Sizes and Shapes of Microorganisms ❘ Microbiology ❘ Biotechnology Methods ❘ Botany Laboratory Experiments ❘ Biocyclopedia.com

 

• 단독구균(Monococcus): 개별적인 구균 형태
• 쌍구균(Diplococcus): 두 개가 짝을 이루는 형태
• 사슬알균(Streptococcus): 여러 개의 구균이 사슬처럼 연결된 형태
• 포도상구균(Staphylococcus): 포도송이처럼 군집을 이루는 형태
• 사면체구균(Tetrad): 네 개의 구균이 정사각형 형태로 배열된 구조
• 팔면체구균(Sarcina): 정육면체 구조로 배열된 형태

 

간균(Bacillus): 막대 모양을 가지며, 배열 방식에 따라 분류된다.

이미지출처_Bacterial cellular morphologies - Wikipedia

• 단독간균(Single Bacillus): 개별적인 막대 모양
• 연쇄간균(Streptobacillus): 여러 개의 간균이 사슬처럼 연결된 형태
• 이형간균(Coccobacillus): 구균과 간균의 중간 형태
• 나선균(Spirillum): 나선형 구조를 가지며 높은 운동성을 가진다.
• 스피로헤타(Spirochetes): 나선형이지만 더욱 유연한 구조를 가지며, 운동성이 뛰어난 세균이다.

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2. 세균의 분류 체계

 

A. 그람 염색법에 따른 분류

세균은 그람 염색을 통해 두 가지 유형으로 구분된다.

이미지출처_Major Difference Between Gram-Positive and Gram-Negative Bacteria

 

• 그람양성세균(Gram-positive bacteria): 두꺼운 펩티도글리칸 층을 가지고 있어 보라색으로 염색된다. 일반적으로 항생제에 대한 감수성이 높고 환경 변화에 강한 편이다.
• 그람음성세균(Gram-negative bacteria): 얇은 펩티도글리칸 층과 외막을 가지고 있으며, 붉은색으로 염색된다. 외막의 지질다당류(LPS) 성분이 독성을 가지며, 항생제 내성이 강한 경우가 많다.

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B. 산소 요구도에 따른 분류

이미지출처_Aerobic bacteria - Definition and Examples - Biology Online Dictionary

• 호기성 세균(Aerobic bacteria): 산소를 필요로 하며, 대사 과정에서 산소를 이용하는 세균.
• 혐기성 세균(Anaerobic bacteria): 산소 없이 생존하는 세균으로, 산소가 존재하면 독성이 될 수 있다.
• 통성혐기성 세균(Factutative anaerobe): 산소가 있으면 호기성 대사를 하고, 없으면 혐기성 대사를 하는 세균.
• 미세호기성 세균(Microaerophile): 낮은 농도의 산소에서만 생존할 수 있는 세균.
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C. 유전적 분류

최근에는 리보솜 RNA(rRNA) 분석을 이용하여 세균을 분류한다. 대표적인 세균 그룹은 다음과 같다.

이미지출처_Palaeos Bacteria: Bacteria

 

• 프로테오박테리아(Proteobacteria): 다양한 환경에 존재하며, 병원성 세균(예: 살모넬라, 대장균, 헬리코박터 파일로리)이 포함된다.
• 방선균(Actinobacteria): 토양에서 발견되며, 항생제 생산과 관련이 깊은 세균 그룹이다.
• 고세균(Archaea): 극한 환경에서도 살아남을 수 있으며, 세균과는 유전적으로 다른 특성을 가진다.
• 시아노박테리아(Cyanobacteria): 광합성을 수행하는 세균으로, 초기 지구의 산소 생산에 기여했다.

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3. 미생물의 기능과 응용

A. 생물막 형성

일부 세균은 생물막을 형성하여 표면에 부착하고 보호막을 만들어 항생제에 대한 저항성을 높인다. 예를 들어 황색포도상구균은 병원에서 카테터 감염을 일으킬 수 있다.

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B. 병원성 미생물

미생물 중 일부는 인체에 감염을 유발하며, 질병을 일으키는 주요 병원성 미생물은 다음과 같다.

 

• 탄저균(Bacillus anthracis): 생물학적 무기로 사용될 가능성이 있는 병원균이다.
• 결핵균(Mycobacterium tuberculosis): 폐결핵을 유발하는 대표적인 병원균이다.
• 대장균(Escherichia coli): 장내에서 유익하지만, 일부 균주는 식중독을 일으킨다.

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C. 산업 및 의학적 활용

미생물은 다양한 산업 및 의학 분야에서 활용된다.

 

• 항생제 생산: 페니실린과 같은 항생제를 만드는 데 사용된다.
• 백신 개발: 약독화 미생물을 활용하여 질병을 예방하는 백신을 만든다.
• 환경 정화: 오염된 토양과 물을 정화하는 데 사용된다.

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<출  처>

 

Learn About Prokaryotes and Eukaryotes

 

 

Cell | Definition, Types, Functions, Diagram, Division, Theory, & Facts | Britannica

 

 

Bacterial cellular morphologies - Wikipedia

 

 

Major Difference Between Gram-Positive and Gram-Negative Bacteria

 

 

Aerobic bacteria - Definition and Examples - Biology Online Dictionary

 

 

Palaeos Bacteria: Bacteria