세균: 개요


목차
  • 인간에게 질병을 일으킬 수 있는 그람 양성균은 6종류가 있고, 그 이외의 균들은 그람 음성이라는 것을 기억하자!

 

 

 

세균의 형태

  • 기본 형태 3가지: 알균(cocci ), 막대균(bacilli), 나선균(spirilla)
  • 세균 형태는 세균의 동정에서 가장 중요한 기준 중 하나
    Cf. 일부 세균은 형태가 불규칙한 다형태(pleomorphism) 양상
  • 세균 배열: 하나씩 존재 혹은 둘 이상의 세포가 규칙적인 배열을 이룸(예: 쌍알균, 사슬알균).

 

주요 나선균

Vibrio속

라틴어 'Vibro'는 진동한다는 의미이다. 진동 → 물결친다. → 나선이라고 연결해서 생각하자.!!

 

Helicobacter속

그리스어 'helix'가 어원이다. Helicopter와 같은 어원을 가지고 있다.

 

Campylobacter 속

'활 모양으로 굽었다'라는 의미의 그리스어 'compylos'가 어원이다.

 

spirochete 속/leptospira속

그리스어 'speira'는 코일이라는 의미로서 영어 'spiral'의 어원이다.


 

 

세균 구조

  • 세균은 한 개의 세포로 구성
  • 주요 구조물: 세포질, 세포질을 둘러싸고 있는 세포막/세포벽, 기타 구조물(협막, 편모, 섬모 등)

 

 세포벽

  • 모든 세균에 공통적으로 존재하는 견고한 구조물. 세포막 밖에 위치(cf. 자연적으로 세포벽이 없는 세균: mycoplasma 속, ureaplasma 속)
  • 기능: 세균 형태 결정. 삼투압으로부터 세균세포 보호 → 세포벽이 제거되면 세포막만으로는 삼투압을 유지하지 못해 세균용해 발생
  • 세포벽 구조와구성은 그람양성균과 그람음성균에서 차이가 있다.

 

공통 구조물: Peptidoglycan

  • 뼈대(두 종류의 6탄당(N -acetylglucosamine, N - acetylmuramic acid )이 교대로 이어짐) + 곁사슬(4개의 아미노산으로 구성) 
  • 뼈대: 평행하게 존재. 한쪽 뼈대 곁사슬의 3번째 아미노산과 다른 쪽 뼈대 곁사슬의 4번째 아미노산을 연결하는 교차다리에 의해 상호 결합
  • 교차다리(가교): 5개의 glycine으로 구성
  • 곁사슬: 균종에 따라 구성하는 아미노산이 다르다.

이미지

이미지

peptidoglycan은 몇 개가 평행으로 달려 peptide의 부분에서 가교(crosslink)한다. 가교에는 peptide가 사용된다. 이렇게 되면, 꼬챙이 모양이었던 peptidoglycan이 집합체가 되어, 1장의 종이모양이 된다. 이 종이가 몇 장이고 포개져 두꺼운 벽이 된다.

 

그람양성균 vs. 그람음성균

  • 그람염색에 의해 대부분의 세균은 양성균과 음성균으로 분류
  • 그람염색 과정(4단계)

이미지

① Crystal violet 색소로 모든 균체가 보라색으로 염색된다. 요오드 용액 처리로 crystal violet-요오드 혼합물이 형성되어 염색 상태가 더 견고하게 유지된다.

② 아세톤 또는 에틸알코올 같은 유기용매는 그람 양성균과 비교하여 그람음성균을 선택적으로 더 잘 탈색시킨다.(그람양성균이 지방성분이 적고 두꺼운 Peptidoglycan층을 가진 데 비하여 그람음성균은 얇은 Peptidoglycan층을 가지는 구조적 차이 때문). 그람음성균은 무색으로 되지만, 양성균은 염색된 보라색을 유지

③ 적색 safranine 의 대조염색으로 탈색된 그람음성균은 다시 적색으로 염색되지만 탈색되지 않은 그람양성세균은 여전히 보라색으로 남게 된다.

 

Cf. 그람염색으로 구별할 수 없는 세균: mycobacteria, rickettsia, chlamydia, mycoplasma, spirochete 

 mycobacteria

  • 세포벽에 지방산을 많이 포함하여 그람염색에 반응하지 않고, 항산성염색으로 구별가능

rickettsia

  • 얇은 Peptidoglycan층을 보유하지만 세포크기가 매우 작아 광학현미경으로 구별이 어렵다.

chlamydia

Mycoplasma

  • 세포벽이 없어서 그람염색에 의한 구별이 불가능하다.

spirochete 

  • 그람음성균 세포벽과 유사한 구조를 가지고 있지만 세균 두께가 광학현미경으로 관찰하기에는 너무 얇아 그람염색으로 분간하기가 어렵다.

 

그람양성균

그람음성균

  • 주로 peptidoglycan 층으로 구성. 그람음성균과 비교하여 peptidoglycan이 수십 층으로 매우 두껍다. 
  • peptidoglycan은 리소자임과 페니실린에 대한 감수성 제공
    •  리소자임: N-acetylmuramic acid 와 N-acetylglucosamine 간의 결합을 파괴
    • 페니실린: peptidoglycan 합성 억제
  • 테이코산(teichoic acid )
    • 글리세롤이나 리비톨-인산염 중량체로 일부 그람양성균에서 외벽에 위치한 구조물(그람음성균에는 존재하지 않음)
    • 지질테이코산: 테이코산의 일부가 peptidoglycan 층에 함유되어 세포막의 지방질과 결합되어 있는 경우
  • 그람음성균은 그람양성균보다 peptidoglycan 층이 얇아 여러 층 정도만 존재하고 테이코산도 없다. 
  • 외막: 세포벽 바깥에 존재하는 복잡한 구조. peptidoglycan 층보다 두껍다. 지질다당질(LPS), 지질단백, 인지질로 구성
  • 외막 지질다당질(LPS): 3가지 성분으로 구성(lipid A + lipid A 에 결합된 다당체 핵심체 + 외측 다당질)
    • 내독소(lpid A): 지질다당질. 그람음성균에 의한 발열, 백혈구 감소증, 장기 순환 관류 장애와 산증, C3 활성, 파종 혈관내 응고, 쇼크 같은 병태생리학적 현상 유발
    • 외측 다당질(O항원): ① 3 또는 4개의 당이 25 내지 40회 반복단위를 구성. ② 각 세균군을 혈청학적으로 분류하는 기준(예: E.coli O157)

이미지

이미지

 

 

 

세포막

  • 세포벽 안쪽, Peptidoglycan 층 바로 안쪽에 위치
  • 진핵세포막과 유사한 이중지질막 구조(cf. 진핵세포막과는 다르게 원핵세포막은 sterol을 함유하지 않는다.)
  • 기능: 분자 물질의 세포내 능동적 수송, 산화-인산화 작용에 의한 에너지 생산, 세포벽 전구물질의 생산, 효소와 독소의 분비 등

 

 

 

세포질

  • 구성성분: 유전물질 복제, 단백 합성에 필요한 세포내 소기관
  • 핵막(-): 진핵세포와 다른 점. 핵이 없는 구조 때문에 진핵 세포와 구별하여 원핵 세포라고 부른다.
  • 염색체: 원형으로 된 이중가닥 DNA 하나로 구성
  • 플라스미드: 염색체 이외의 유전물질. 여러 항생제에 대한 내성 유전자,세균 병원성인자 유전자 포함. 세균 접합을 통하여 복제된 플라스미드 유전체가 다른 세균에 전달
  • 리보솜(단백 합성): 70S 리보솜(cf. 진핵 세포: 80S 리보솜)
    Cf. 메소좀: 세포막의 일부가 세포질로 함입된 부위

 

 

 

기타 구조물

협막

  • 세균체를 둘러싸고 있는 구조물. 다당체로 구성
  • 종류: 비교적 치밀한 구조(협막, capsule), 느슨한 구조(당피질, glycocalyx ), 점질층(slime layer) 
  • 기능: 포식세포의 작용 억제 → 세균의 병원성에 기여(협막 보유 세균이 협막생산 능력을 상실할 경우 병원성이 사라진다.)

 

편모

  • 세균이 이동하도록 회전운동을 하는 말채 모양의 부속기관

 

섬모

  • 세포막에서 출발하여 세포벽 밖으로 뻗어 나온 부속기관. 주로 그람음성균에서 관찰된다.
  • 종류(2가지)
    1. 보통섬모(common pili): 감염 첫 단계에 필요한 숙주 조직 부착 작용
    2. 성섬모(sex pili): 세균 접합 과정에서의 연결통로 역할

 

세균 아포

  • 2종류의 그람 양성 막대균(Bacillus속, Clostridium 속)에서 형성
  • '영양형'(보통 세균이라고 인식하고 있는 상태)에서 세균이 살기 힘든 환경이 되면 '아포'로 변형
  • 아포: 물리적 처리(열, 건조), 화학적 처리(산 등)에 대한 강한 내성. 대사 중단 및 증식 불가능 상태. 환경이 개선되면 다시 영양형으로 변환, 증식 재개

참고자료

  • 대한감염학회. 감염학 개정판(2014). P295-301
PC
화면