1회차_Bacterial structure

미생물

• 미생물이란 크기가 작아 현미경으로 관찰해야 보이는 독립적인 생물이며, 독립된 생명 과정을 수행합니다.
• 미생물에는 세균, 고세균, 조류, 진균, 원생동물, 바이러스 등이 포함됩니다.
• 바이러스는 스스로 복제할 수 없어 생명으로 보기 어렵지만, 숙주를 공격하고 함께 변화하므로 미생물학에서는 이에 초점을 맞춥니다.

미생물의 분류상 위치

• 원핵생물(세균, 고세균): 핵막이 없고, 진핵생물(원생동물, 조류, 진균): 핵막과 막성 세포소기관이 존재합니다.

주요 미생물의 특징 비교

• 바이러스 < 세균 < 진균 = 원생동물 크기 순서입니다.
• 세균, 진균은 광학현미경으로, 바이러스는 전자현미경으로만 관찰 가능합니다.
• 바이러스는 숙주 세포 내에서만 번식 가능합니다.

핵산

• 세균, 진균, 원생동물은 DNA, RNA 모두 가질 수 있지만, 바이러스는 DNA 또는 RNA 중 한 종류만 가집니다.

세포벽

• 세균과 진균은 세포벽을 가지지만, 바이러스는 세포벽이 없습니다.
• 세균은 이분열 증식, 바이러스와 진균은 다른 증식 방법을 사용합니다. 진균 중 호모균은 발아법으로 번식합니다.

인공배지 배양

• 바이러스는 숙주 세포 내에서만 생존 가능하므로, 영양배지 등으로 배양 불가능 합니다.

원핵생물과 진핵생물의 차이점

• 박테리아, 동물, 식물세포 구조의 차이점을 아는 것은 병원균을 선택적으로 죽이는 데 중요합니다.
• 진핵생물은 막으로 둘러싸인 세포 소기관을 가집니다.

세포 외피

• 원핵세포의 세포 외피 바깥쪽에서 세포질을 둘러싸고 있는 모든 물질을 말합니다.
• 세포막과 세포벽으로 구성되어 있고, 세균의 종류에 따라 구조가 다양합니다.

리보솜

• mRNA로부터 단백질을 합성합니다.
• 세균의 리보솜은 우리 몸의 리보솜과 구조가 달라 항생제 공격의 표적이 될 수 있습니다.

핵양체

• 단일하고 단순한 고리 모양의 DNA 분자를 가집니다.
• 핵막으로 덮여있지 않고 DNA가 모여 있습니다.

섬모

• 다른 세포에 부착할 때 사용하는 작은 털 같은 것으로, 세균마다 붙는 부위가 특이적입니다.

편모

• 세균의 운동에 사용됩니다.

핵

• 핵막이 핵을 형성합니다.
• 핵인을 가지고 있습니다.

라이소좀

• 소화 효소가 들어 있어 이물질을 소화 및 제거합니다.

골지체

• 소포체에서 만든 단백질을 저장, 변형, 운송합니다.

활면 소포체

• 세포막 인지질과 스테로이드를 합성합니다.

조면 소포체

• 리보솜이 붙어있어, 리보솜이 합성한 단백질을 다른 곳으로 분비합니다.

미토콘드리아

• 전자전달계를 통해 ATP를 합성합니다.

엽록체

• 빛 에너지를 화학 에너지로 전환합니다.

원핵생물과 진핵생물의 차이점 비교

리보솜

• 원핵생물과 진핵생물의 리보솜 크기는 세균을 선택적으로 죽이는 표적으로 이용 가능합니다.
• 원핵생물: 30S + 50S ⇒ 70S, 진핵생물: 60S + 40S = 80S
• S는 침강계수를 의미하며, subunit이 합쳐지면 더 compact해지며 줄어듭니다.

세균의 분류와 명명법

• 균 이름을 고르는 문제가 나올 수 있습니다.

이명식 이름

• 이명식 이름(binomial) = 속명(genus) + 종명(species)
  • 속명: 종명보다 더 큰 그룹으로, 형태학적 특징, 발견자 등으로 명명
  • 종명: 속명보다 더 작은 그룹으로, 대사적 특징, 질병 등으로 명명
  • 속명과 종명은 모두 이탤릭체로 표기하며, 속명의 첫 글자는 대문자, 종명은 소문자로 표기
  • 처음 쓸 때는 풀네임으로 쓰지만, 이후에는 속명을 약자로 표시

세균 분류 기준

• 산소 필요 여부, Gram 염색, 모양(구균 vs 막대균), 군집 형태에 따라 분류합니다.

산소 요구 사항

• Aerobes: 산소를 이용한 에너지 생산 (전자 전달 시스템 사용).
• Anaerobes: 산소 없이 에너지 생산 (발효 경로).

Gram 염색

• 세포벽 구조 차이에 따라 Gram 염색 결과가 달라집니다.

모양

• 구균(Cocci): 구 모양
• 간균(Bacilli): 막대 모양

군집 형태

• Chains: 사슬 모양, 일렬
• Clusters: 모인 형태

세균 기본 모양

• 구형(Spherical), 막대형(Rod), 나선형(Spiral), 사각형(Square), 다형태성(Pleomorphic).

세균의 구조 개괄

• 공통 구조: 세포벽, 세포막, 핵양체, 리보솜.
• 미코플라스마 세균은 예외적으로 세포벽이 없습니다.
  • 따라서 세포벽에 작용하는 항생제(페니실린)는 효과가 없습니다.

Bacterial Chromosome

• 일반적으로 하나의 원형(고리형) 이중나선 DNA로 구성됩니다. (single, circular, double strand DNA)
• 히스톤 단백질을 가지지 않습니다.
• 핵막이 없으므로 전사와 번역이 함께 일어납니다.

플라스미드 DNA

• 생존에 필수적이지 않은 작은 원형 이중나선 DNA입니다.
• 항생제 내성과 감염 경로에 필요한 정보와 관련된 유전자를 가집니다.

리보솜

• 원핵 세포의 경우 30S와 50S의 subunit 들이 합쳐져 70S 입니다.
• 핵막이 없어 전사와 번역이 동시에 일어납니다, mRNA 만드는 순간에 ribosome 이 붙어서 단백질을 합성합니다.

세포질막

• 벽 같은 구조로 내부와 외부를 구분합니다.
• 막에 통로 역할을 하는 단백질이 있어, 막에 통로 역할을 하는 integral(관통) protein, peripheral protein과 같은 단백질이 있어 선택적 투과성을 가집니다.
• 산소를 이용하는 세균의 경우 ATP 에너지 생성을 위한 전자전달계가 위치합니다.
• 인지질 이중층(phospholipid bilayer)으로 구성되어 있습니다.

Mesosome

• 세포분열 시, daughter DNA를 잡고 떼어내는 anchor 역할을 하는 꼬인(coiled) 세포막입니다.

Hopanoid

• 세균은 세포질 막에 콜레스테롤 대신 Hopanoid가 있습니다.
• Hopanoid는 큰 온도차를 견디기 위해 막의 유동성을 조절합니다.

세포벽

• 세균의 고유 형태를 유지하고 세포질막 바깥을 보호하는 견고한 구조물입니다.
• Peptidoglycan이라는 물질이 주성분이며, Gram 염색으로 세포벽 구조를 알 수 있습니다 (Gram Positive / Gram Negative).

Gram 염색

• Gram positive는 파란색/보라색, Gram negative는 빨간색으로 나타납니다.

Gram Positive 세포벽

• 그람 양성균은 1개의 cytoplasmic membrane을 가집니다..
• peptidoglycan층이 두꺼운 층으로 구성되어 있습니다.
• Teichoic acid 가 존재합니다.

Gram Negative세포벽

• 막이 2개이고 peptidoglycan을층이 얇습니다.
• Lipopolysaccharide(LPS, dominant phospholipid): 그람음성균에 존재하는 특이적인 endotoxin(내독소)의 역할을 합니다.
• 그람음성균의 항생제 저항을 증가시킵니다.

Peptidoglycan

• 그람양성균/음성균이 공통으로 가진 딱딱 구조로, 세균 모양(형태) 유지, Phagocytosis를 방해합니다
• Lysozyme에 의해 분해될 수 있습니다.

Lipopolysaccharide

• 항생제에 의해 세균이 터지면 LPS가 release 되어 toxin의 역할을 하며, shock을 유발합니다.
• Lipid A, Core, O-antigen 3부분으로 나뉩니다.

협막

• 협막은 세균 세포벽이나 외막 바깥쪽에 있는 점액성 물질로 덮인 막층입니다.
• 탄수화물 또는 단백질로 구성되어 있으며, 필수는 아니라서 제거해도 죽지 않지만, 발병 기전에서 역할을 합니다.

편모

• 세균에게 필요한 영양분을 향해, 독은 피해서 움직이게 한다. ex) glucose를 감지하는 기관이 있어, glucose 쪽으로 움직이며,. Acidic한 물질에선 도망감
• 편모는 세균마다 편모를 구성하는 단백질의 차이가 존재하고, 이를 serotype이라 칭합니다
• 편모는 Filament와Basal region으로 나뉩니다

편모 배열

• Peritrichous 편모는 시계 반대 방향 회전 시 꼬리가 bundle을 이루어 전진하고, 시계 방향 회전 시 방향을 전환합니다.

Type Ⅲ Secrection System.

• 편모와 비슷한 구조를 가지지만 단백질을 분비하는 구조를 가지는 차이점이 잇습니다 Salmonella, E.coli 병원성에 관여합니다.

축 필라멘트

• 세포벽과 Outer sheath 사이에 존재하며 Spirochete(나선균)이 가지고 있습니다.

섬모

• 운동성과 관계없이 어딘가에 부착하는 역할을 합니다.
• 섬모는 pilin이라는 단백질로 이루어져 있습니다.

항원형

• LPS, flagellar, capsular가 세포 바깥쪽 구조이므로 이를 이용해 serotype을 구분하는 것이 중요합니다.

Biofilm

• 박테리아들이 스스로 분비한 polymeric matrix 안에 community 집락을 이룬 구조를 말합니다
• biofilm형성을 통해 항생제 내성이나 면역체계에 대한 저항성을 높입니다.

Endospore

• 나쁜 환경에서 박테리아가 생존하기 위해 형성하는 포자 형태입니다.
• Clostridium, Bacillus 속의 세균이 형성합니다.

Spore

• 중심(Core): 탈수된 형태의 세포질로, 발아에 필요한 요소들을 보관
• 외층(Cortex): 세포벽이 변형된 형태
• 외피(Coats): 화학물질의 투과를 막는 역할
• 외막: 단밸질로 구성된 exosporium으로 둘러싸여 있습니다

Gram Negative, Gram Positive 비교