세균: 개요 - Metamedic

세균의 형태 세균 구조 세포벽 공통 구조물: Peptidoglycan 그람양성균 vs. 그람음성균 세포막 세포질 기타 구조물 협막 편모 섬모 세균 아포

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.

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)

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	얇은 Peptidoglycan층을 보유하지만 세포크기가 매우 작아 광학현미경으로 구별이 어렵다.
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)

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