세균

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細菌

1 개요

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셀 수도 없이 지구상의 수많은 생물을 학살해온 공포의 존재. 그러나 없으면 살 수 없는 생존의 필수요소

라틴어로는 박테리아(Bacteria)[1]라고 한다. 예전에는 고세균과 따로 부르기 위해 진정세균(Eubacteria)이라는 용어를 이용했으나, 실제로는 하등 관련이 없다는 것 때문인지 그냥 박테리아라고 부르는 듯 하다. 고세균과 같이 묶어 원핵생물로 불리기도 하지만, 진화론 및 분류학상으로는 고세균은 세균보다 진핵생물에 더 가까운, 세균과는 거리가 먼 생물이다. 사실 고세균과 세균의 차이는 인간과 이끼의 차이보다 더 크다.

일반적으로 세균을 가장 단순한 형태의 생물이라고 하지만, 세균보다 작고 간단한 형태의 바이러스를 생물로 정의하는 경우도 있다. 과거에는 바이러스는 스스로 복제할 수 있는 기능이 없었기 때문에 생물로 취급하지 않았지만, 요즘에는 생물도 결국 정보 전달자라는 개념이 확산되고 있어 바이러스도 생물의 범주로 넣는 경우도 있다. (리케차[2] 도 유사한 상황)

1.1 구조

1.1.1 세포질의 구조

세균은 막으로 이루어진 세포소기관이 존재하지 않아 세포질 내에서 식별할 수 있는 세포 구조물들 또한 볼 수 없다. 세포질은 원형질막으로 둘러싸여 있으며 진핵생물과 유사한 형태이다. 또한 진핵생물의 미토콘드리아에서 발견되는 것과 유사한 호흡 효소와 인산화 효소를 포함하고 있다. 일부 광합성 세균들은 원형질막이 안쪽으로 길게 뻗어있고 접혀있는 틸라코이드를 형성해 있다.[3] 이외에 막이 접혀 메소솜을 이루기도 한다.[4]

세균은 필린이라는 단백질로 이루어진 가는 돌출물들을 지니고 있는데, 기생성 세균이 숙주세포에 부착하는데 쓴다. 성 필린도 존재하며 유성생식 과정에서 유전자를 상대방 세포에 전달해주는 기관이다. 편모도 가지고 있는데, 진핵생물이 가지고 있는 편모와는 매우 다르다.

세균 안의 리보솜은 쇄상으로 되어있는 폴리솜을 이룬다. 세포질 안의 함유물은 보통 전분, 글리코겐, 지질 등의 저장설 물질이다. 일부 세균은 인산 또는 황화합물을 포함한다.

핵막 또한 없어 진핵세포와 같은 고등 체제를 갖추지 않으며, 한 개의 원형 염색체를 가지고 있으나 염색체 단백질도 없이 노출되어있다. 세균은 이외에 작은 원형 DNA 분자인 플라스미드를 갖기도 한다.

1.1.2 세포벽

세균의 세포벽은 진핵생물의 세포벽과 화학적으로 다른 성분을 띄며, 뿐만 아니라 세균과 고세균의 세포벽도 서로 다르다. 세균은 펩티도글리칸 분자를 구성물질로 이용한다. 일부 세균 종의 세포벽은 아주 얇은 펩티도글리칸 세포벽과 이를 둘러싸는 외막을 갖고 있다. 또다른 세균 종은 두꺼운 펩티도글리칸에 테코인산이 포매되어있다.

특이한 것은, 두꺼운 세포벽을 가진 세균들 대부분이 페니실린과 같은 베타락탐계 항생제에 고도의 감수성을 나타낸다는 것이다. 베타 락탐계열 항생제에 의해 펩티도글리칸 합성 효소가 저해를 받아 세포벽이 형성되지 못한다. 따라서 세균이 생장할 시 두개로 분리될때 세포벽이 늘어나지 못해 생장이 멈추거나 죽게되며 많은 수의 항생제들이 이러한 세포벽을 타겟으로 하여 세균 특이적인 항생제를 만든다.

세균은 세포벽 이외에 복합 다당류나 단백질로 이루어진 점액층 또는 캡슐에 둘러싸여 있다. 이 점액 물질은 기생성 세균이나 자유 생활하는 세균이 가지고 있으며 숙주에 부착하여 영양분의 흡수를 원활하게 하도록 해준다. 이를 이용해 어느 일부 세균들은 백혈구의 식세포작용에 저항하기도...

1.1.3 내생포자

세균의 종류에 따라서 생존에 적당치 못한 환경조건에서는 내성이 강하고, 두꺼운 세포벽을 가진 내생포자를 형성시킨다. 내생포자는 탈수된 세포로서, 모든 대사활동이 중지되고 세포 성분이 휴면 상태에 들어가 있다. 끓는 물에서도 잠시동안 버틸 수 있을 정도이다. 모든 세균이 이러한 능력을 가진것은 아니며 이러한 형성 능력은 세균을 분류하는데 중요한 특징이 된다.

1.2 그람염색에 의한 분류

통상적으로는 그람염색으로 분류할 수 있는 균(그람 양성균, 그람 음성균, 그람염색성이 애매한 균, 애초에 그람염색이 안되는 균)과 기타 등등 세균으로 크게 나눠서 이야기하곤 한다.

  • 그람 양성균은 보통 두꺼운 펩티도글리칸 층을 가지고 있다. 페니실린 같은 항생제에 취약한 편이다. 크리스털 바이올렛(CV)을 흡수하여 보유하는 성질을 띈다. 아이오다인 처리 후 에탄올 후처리를 하더라도 CV가 탈색되지 않는다. 사프라닌의 경우 두꺼운 펩티도글리칸 층을 쉽게 통과하지 못한다. 양성균은 독소를 평상시에 대사물질로써 뿜어낸다.
  • 그람 음성균은 얇은 펩티도글리칸 층과 표면에 LPS (지질 다당체)을 가지고 있다. 우리 면역 체계는 LPS를 항원으로 인식해 반응한다. CV을 흡수하나 아이오다인 처리 후 에탄올 후처리를 통해 CV을 제거한 뒤 사프라닌등으로 대조염색을 시행하여 구분한다. 음성균은 독소가 세포벽을 만드는 물질중 하나다. 세포가 죽고 세포벽의 물질들이 분해 될때 나온다. 즉, 균을 죽이기 위해 항생제를 '다량' 투여하면 병균은 죽지만 동시에 뿜어져 나오는 독소로 인해 환자도 죽을 수 있다.

2 분포

본 문단은 세균과 고세균 관련 내용이 섞여 있으니 참고하자. 사실 일반인 눈에는 세균이나 고세균이나 그게 그거라서...

박테리아는 자연계에 상상할수 있는 거의 모든 곳에 존재한다고 생각하면 된다. 일부 고세균의 경우 매우 극한의 환경에서도 발견되는 경향을 보이며 이러한 극한의 환경에서 발견되는 세균과 고세균류를 통틀어 극한미생물(Extremophile) 또는 극한환경미생물이라 부른다. 이러한 극한미생물은 나름대로 특이한 세포 구조와 효소를 갖추고 있기 때문에 극한환경에서의 생장이 가능한 것이며 이를 이용하여 생물실험의 기본적인 툴을 만들때 쓰이고 연구된다. 예를 들어 매우 고온에서 발견되는 고세균, 고 방사능환경에서 적응하는 세균, 이용가능한 탄소가 방향족 유기화합물뿐이라고 해도 생장하는 세균[5], 중금속 오염 토양에서 더 잘자라는 미생물, 염전이나 사해와 같은 고 염도 환경에서도 적응한 미생물, 빙하와 같은 저온에서 생장하는 미생물 등 굉장히 다양한 환경에서 생장조건을 갖추어 성장하는 미생물이 존재한다.

심지어는 방사능 오염 지역에서 살아남는 박테리아도 있다, 데이노코쿠스 라디오듀란스[6]라는 녀석인데, 도저히 사람도 갈 수 없을 것 같은 지역에서 누카콜라방사성 물질을 먹고 산다. 이 녀석이 발견된 경위도 체르노빌에서 다른 생물은 다 죽었는데 웬 미생물이 살아있어서 뭔가 하고 봤더니 이 녀석이었다고. 1만 시버트의 방사능에도 끄덕도 안 하며, 감마선에 의한 DNA 손상에 저항하는 매커니즘이 있다[7]. 이 녀석과 쌍벽인 박테리아도 있는데, thermococcus gammatolerans[8]. 그리고 우라늄을 비교적 안정된 닌교사이트로 바꾸는 시와넬라 오네이덴시스라는 녀석도 있다. 우라늄은 좋은 단백질원이죠

사는 곳이 워낙 다양하기 때문에 당연히 사람 몸에도 득시글거리며, 해를 끼치지 않고 인체와 공생하는 놈들을 상재균(Normal Flora) 또는 정상세균총이라 부른다. 일반적인 인식과 달리 정상세균총은 개체에 있어 필수적인 존재다. 실험적으로 정상세균총을 소멸시킨 쥐는 다른 쥐에 비해 새로운 균이 감염될 확률이 수천배나 증가한다! 언제나 외부에 노출되어있는 동물들은 끊임없는 세균의 침입을 받지만, 이렇게 침입한 미량의 세균은 정상세균총과의 경쟁에서 이기지 못하고 죽기 때문. 다만 이들도 병원성이 약한 것이지 아예 없는건 아니라서, 백혈병ㆍ에이즈ㆍ당뇨병 등으로 인간의 면역력이 약해지면 오히려 숙주에게 해를 끼친다. 또한 정상세균총은 항생제 내성의 전달자로서 작용하기 때문에 항생제를 사용할 때 골치아프게 된다. 정상세균총은 건드리지 않고 외부 세균만 죽이는 항생제를 사용하면 대부분 외부 세균은 죽지만, 위에서 설명한 바와 같이 극히 일부는 돌연변이를 일으켜 항생제 내성 유전자를 가지고 살아남는다. 이렇게 살아남은 극소량의 세균은 증식이 되지 않아 알아서 죽지만, 죽기 전에 항생제 내성 유전자를 정상세균총에게 전달해준다! 어차피 이 항생제로는 아무런 영향 안받는 정상세균총이 내성 유전자 얻는다고 달라질거 있나... 싶지만, 문제는 감염이 또 한번 일어났을 때. 이 경우 이번에는 정상세균총이 외부 세균에게 저번에 얻은 항생제 내성 유전자를 건네준다. 이렇게 되면 당연히 저번에 쓴 항생제는 외부 세균을 죽이지 못하게 된다. 병원에서 항생제를 남발하지 못하게 하는 이유가 바로 이것.

기본적으로 무성 생식을 통해 혼자서 생존해나갈 수 있다. 그러나 진화 과정에서 유전자 교류가 가능해졌으며 플라스미드라고 하는 고리형 유전자를 통해 본래의 유전자 이외에 '추가적인 유전'이 가능해 내성의 전파가 가능하다. 이것 외에도 horizontal gene transfer를 통해 유전자를 서로 전달해줄 수도 있다. 이것 때문에 질병(특히 결핵)은 한 번 퍼지면 끝까지 잡아야 하고 평소에는 항생제를 남용하지 말아야 하는 것이다.

여튼 이 세상 생물의 최초이자 끝일 존재. 감염을 막기 위해서는 위생 수칙(손을 꼭 씻는다든가, 이를 꼭 닦는다든가)을 철저히 지키도록 하자. 적절한 위생은 장수의 길이다.

3 슈퍼 박테리아

현대에는 항생제의 남용으로 항생제에 저항성이 높은 돌연변이 박테리아들이 많이 생겼는데, 이를 슈퍼 박테리아라고 부른다.

페니실린이라는 희대의 명약과 그에 이은 수많은 항생제들이 생겨나서 대부분의 세균이 쉽게 퇴치될 것 같았지만, 현대에 들어서는 저 페니실린이라는 놈에 내성을 가진 놈들이 너무 많이 생겨[9] 잘 쓰이진 않는다. 항생제가 크게 보급된 이후 각국의 항생제 남용[10]으로 인해 페니실린 뿐만 아니라 그것의 아들/손자뻘의 메티실린, 반코마이신 등등의 항생제[11]들에도 죄다 면역이 생기는 경우가 많다. 그리고 항균제 내성의 문제는 임상에서의 남용보다는 농축산계에서의 남용이 더 큰 영향이 있다. 물론 그렇다고 임상에서의 남용이 문제가 없단건 아니다. 다만 분자생물학 실험용도로는 여전히 페니실린과 같은 계열의 엠피실린 등을 많이 쓰고 있다.

일명 '최후의 항생제'라는 반코마이신도 씹어버리는 VRSA(반코마이신-저항성 황색포도상구균)까지 나타났으니, '슈퍼박테리아'라는 이름이 괜히 붙은 것은 아닐 듯 하다 거기다가 항생제를 양분삼아 살아가는 흠좀무한 변종도 있다. 뭐야 이거 무서워.. 하지만 박테리오파지가 출동한다면 어떨까! 파!지! 쿠르츠게작트 관련 영상

다만 이처럼 박테리아는 우습게 볼수는 없지만, 공포의 대상으로 볼 필요도 없다.

북미에는 의외로 세균 공포증이 만연해 있는데, 타임지에서도 '많은 미국인들은 세균공포증에 걸려있다'라고 여러차례 깐 바가 있으며, 비누외의 대부분의 세제나 살균제에 99.9%살균효과라는 광고문구가 붙어 있으며, 비누보단 손소독제 등을 선호하는 편이다. 남이 입댄건 물론이고 심지어 남이 아주 약간이라도 손으로 만진 음식조차 먹지 않으려 한다(이는 자신이 더러운 손으로 만진 음식을 남에게 주지 않는 배려적인 측면도 있다). 이 현상은 도시에서 멀어질수록 심하게 두드러지는 현상이다.

위생에 주의하는 것은 건강에 좋지만 도가 지나칠 경우 오히려 익균이 자랄 환경을 마련하지 못해 병에 걸리기 쉽다는것을 상기해보자.

물론 청소를 학생에게 떠넘기지 않는다는 점 때문에 미국의 초중고등학생들은 잔병 치례가 꽤나 적은 편이다. 사방 팔방이 anti-bacterial로 가득찼으니... 하지만 미국에는 특정 시즌만 되면 마구잡이로 정체 불명의 기침병[12]이 도는데 이 녀석의 실체로 추정되는게 최근에야 밝혀젔었다.[13]

4 기타

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귀엽다
대체 무슨 약을 했는지는 몰라도 이것들을 인형으로 만들어 파는 흠좀무한 회사가 있다.(...) GIANTmicrobes라는 미국 회사인데 각종 세균과 해충(...)을 순화시킨 형태의 인형을 취급하고 있다. 처음엔 애들 교육용으로 만들어 팔다가 그 퀄리티에[14] 어른들도 사게 되며 사업이 번창하기 시작했다고. 그래서인지 외국 대학가 기념품 매점에서 이 인형들을 팔기도 한다. 한국에서는 아직 정식 수입되지 않았으니 해외 나가는김에 살 사람들은 참고하자. 이걸 사겠다고

세균의 실제모습을 본따서 만들어졌기 때문에 생물학도가 암기하기에도 좋을듯한 모습을 하고 있다. 그런데 다루는 세균이 감기나 임질같은 가벼운 질병들도 있지만, 테러 희생자가 나기도 했던 탄저균이나 지금도 아프리카에서 꾸준히 사람들을 죽이는 에볼라, 미국에서도 끔찍한 희생자를 지속적으로 내고 있는 살파먹는 박테리아(Flesh Eating), 메르스 까지 귀여운 인형으로 만들어 팔고 있어서 보고 있노라면 상당히 거시기하다(...). 이들 병명을 구글에 쳐보면 웬만한 혐짤 뺨치는 끔찍한 희생자들의 모습이 나오는데 그 사진들 와중에 같이 끼어있는 이 회사 인형(이름이 같으니까!)사진들을 보면 거의 고인드립 수준.

모에화의 원조 일본에도 세균 모에화가 있다. 모야시몬 참조.

5 관련 문서

  1. ↑ 복수형이다. 평상시엔 쓸 일 없는단수로는 박테리움 (Bacterium).
  2. ↑ 쉽게말하면, 바이러스와 세균의 중간체정도로, 바이러스처럼 다른 세포에 기생해서 생활하고 번식하지만, 일부 물질대사는 자신이 직접 하는, 세균 같은면도 있다. 고2 생물II에서 짧게 언급된다.
  3. ↑ 이 안에 엽록소 등의 광합성 색소가 들어있다.
  4. ↑ 메소솜은 세포분열 동안 염색체 분리와 격벽의 형성을 돕는다고 한다. 마치 동물세포의 중심체같이
  5. ↑ 석유가 유출된 환경이나 주유소 근처에서 발견되는 Burkholderia 속 미생물이 주로 이러한 경향을 보인다.
  6. ↑ deino(terrible) + coccus(구균) = 끔찍한 공 모양의 균, Radio(active) + durans(endurance) = 방사능 내성(...) -> 방사능에 내성이 있는 끔찍한 균(...)
  7. ↑ 참고로 사람은 7시버트만 맞아도 죽는다
  8. ↑ thermo(heat) + coccus(구균) = 뜨거운데서도 보이는 동그란 균, gamma (ray) + tolerans(tolerance) = 감마선 버팀(...) 이름 참 직관적이네
  9. ↑ 애초에 모태 페니실린 내성균은 자연계에 많이 존재한다.
  10. ↑ 그러나 세간의 인식과는 달리 한국의 항생제 오남용은 그리 심한편은 아니다.
  11. ↑ 세대적으로 그렇다는 것이지, 애초에 페니실린과 반코마이신은 계열부터가 다른 약이다.
  12. ↑ 보통 알러지라고 여기고 실제로도 알러지인 경우가 대부분이긴 하나, 알러지약 먹어도 안 가라앉는, 즉 알러지가 아닌 경우도 상당히 많다.
  13. ↑ 잠시 미스테리 바이러스라고 이야기가 돌다가 묻혔다는게 함정.
  14. ↑ 직접 만져보면 상당히 보들보들하고 좋은 소재로 만들어졌다.퀄리티 같아보이는 겉모습과는 다르게 꽤나 정성들여 만들어져 있다.