세균과고세균 원핵세포의구조 원핵세포의구성요소 세균과고세균의차이 원핵세포의분류 전통적인분류방법 : 형태, 생리학적특징, 서식시 현대적인분류방법 : 염기서열분석 유전자의전달 유전자의수직적전달 : 이분법 유전자의수평적전달 : 형질전환, 형질도입, 접합 원핵생물이인간에게미치는영향 병원성미생물 공기, 절지동물, 접촉, 음식물, 식수 산업미생물 발효, 유전자재조합, 폐수처리
원핵세포의구조 모든원핵세포의기본구조 : 세포막 cell membrane 세포질 cytoplasm 리보좀 ribosomes 핵양체 nucleoid region containing DNA 대부분은세포벽 (Cell wall) 을가지고있다.
원핵세포의구조 그밖의원핵세포의구성성분 : 플라스미드 plasmids 선모 pili 편모 flagella 당질피질 glycocalyx 일부원핵세포는내생포자를가진다. - 열악한환경에대한강한저항성을지는특수세포를형성하기도한다. - 원형질의양이상대적으로줄고, 세포벽이두꺼워진형태. 건조, 영양분결핍, 온도스트레스등을견딘다. - 환경이좋아지면정상세포로복귀.
원핵세포의분류 1. 전통적인분류방법 세포의형태적, 생리적특성을바탕으로 ; 이는분류의기본원칙중하나인진화의과정을전혀반영하지못함 세포의형태적특징 구균 (Cocci) - spherical shaped cells 간균 (Bacilli) - have rod shaped cell 나선균 (Spirilla) - spiral shaped cells
원핵세포의염색결과에따른분류그람염색 : 세균의세포벽조성의차이를바탕으로그람양성, 음성으로나뉜다. 크리스탈바이올렛 ( 보라색 ) 처리후요오드를처리해서단단히결합하도록한다. 알코올을이용해서염색약을제거후분홍색사프라닌염색약으로염색후관찰. 그람양성균 Gram positive (+) bacteria 은두꺼운펩티도글리칸층과크리스탈바이올렛사이의단단한결합으로알코올에의해제거되지않고보라색을보인다. 그람음성균 Gram negative (-) bacteria 은펩티도글리칸이얇아알코올에의해탈색. 분홍색을보인다.
유기물및에너지획득방식에따른 미생물의대사과정다양성으로분류. 독립영양생물 Autotrophs - 탄소원이 CO2. 종속영양생물 Heterotrophs 탄소원이다른생명체의유기물. 광합성영양생물 Phototrophs 에너지를태양에서. 화학합성영양생물 Chemotrophs 에너지를다른물질을산화시켜.
산소에대한요구에따른분류 절대호기성생물 Obligate aerobe - ATP 합성을위해산소가필요한종류 ( 세포호흡 ). Ex. Bacillus 절대혐기성생물 Obligate anaerobe - 산소없는환경에서만생존. Ex. Clostridium tetani 조건부혐기성생물 Facultative anaerobe - 산소가있으면이용하고없으면다른방법으로에너지를획득. Ex. Escherichia coli & Salmonella
서식환경에따른분류 호산성 Acidophile 낮은 ph(1.0-5.4) 환경에서서식. [ 온천hot springs] 호염성 Halophile 높은염분의농도에서서식 (3.5-30%). [ 해양, 사해 ocean] 호열성 Thermophile 높은온도에서서식 (50 o C-100 o C). [ 퇴비compost heaps]
현대적인분류방법 분자생물학적인결과를바탕으로 ; 생물들간의진화적인연관관계를알수있다. 1980 년대미생물학자들은리보솜 (rrna) 염기서열변화속도가일정하면서도늦어이용하기좋다고판단. 대표서열 : 한집단의생물들이공통적으로갖고있는염기서열. 계통수 : phylogenetic tree, 여러종류의생물이하나의공통조상으로부터오랜진화과정을통해발달되어나오는과정을나무가지의형태로표현. - 공통조상은뿌리, 말단은가지.
세균과고세균의차이 유전자서열 (genetic sequences) 항생제에대한감수성 (antibiotic sensitivities) 세포벽구성성분 cell wall components 세포막지질 membrane lipids 인트론 introns 세포의형태 cell shapes
유전자의전달 유전자는수직적또는수평적으로전달될수있다 수직적전달 (Vertical Gene Transfer): 세대간의유전자전달 부모세포에서딸세포로의유전자전달 이분법에의해일어난다. 수평적전달 (horizontal gene transfer): 동일한세대의생물체간에서도유전자가직접적으로이동또는다른매개수단을이용해이동.
유전자의수평적전달 유전자의수평적전달을담당하는세가지방법형질전환, transformation 형질도입, transduction 접합, conjugation DNA 의전체또는일부가그형태그대로전달되거나또는박테리오파지나플라즈미드의일부분의형태로전달. 새로운형질을부여, 생명공학, 응용에중요한의미.
형질전환 세포의파괴등에의해노출된 DNA 가다른세포로끼어들어가는과정을말한다. - 세포간의직접적인접촉이나다른매개체의도움이관여하지는않는다. - 자연적으로일어나기드물다. 외부로방출된 DNA 가보통분해된다. Competent cell: 외부에있는 DNA 를내부로수용할수있는능력을갖는세균또는세포.
형질도입 Transduction 세균성바이러스인박테리오파지는숙주세포인세균에파지의 DNA 를주입하고이를세균속에서복제시킨다. 복제된파지의 DNA 는숙주의도움으로새로운박테리오파지를만들고숙주를파괴하고외부로방출. 바이러스조립과정에서파지의 DNA 뿐아니라숙주인세균유전자의일부도함께들어가파지를이루기도한다. 이러한결과를형질도입 (transduction) 이라한다. 박테리오파지는특정한숙주세균에만감염 다른종사이에유전자이동은불가능.
접합 Conjugation 일부의세균은성인자 (sex factor) 라불리는일련의유전자들을염색체또는플라즈미드에갖고있다. 접합 (conjugation): 이들유전자들이성선모 (sex pilus) 라는원형질로된연결부에의해성인자유전자들이없는세균으로전달되는과정. 수용체세포 (recipient cell) 로전달된유전자들은효소를이용해기존염색체의일부를분해하고대신그자리에끼어들어간다. 일부는새로운조합을만들기도. 이처럼두세포의유전자가모여새로운조합을갖는점에서세균의성에비유하기도.
원핵생물이인간에미치는영향 인간은수많은원핵세포와접촉. 소수의세균이인간에해를끼친다. pathogenic 병원성세균. 코흐의공리 (Koch s postulate): 병원체로생각되는미생물은 1. 질병에걸린동물에서분리되어야 2. 동일한종의다른건강한동물에감염시켜동일질병발생. 3. 그동물에서병원체로작용하는미생물이분리되어야. 현재는유전자검출법등으로대치되기도한다.
원핵생물이인간에미치는영향 공기감염 건조한생태에서비교적오래생존, 레지오넬라균 (Legionella pneumophila) 은폐렴의일종인재향군인회병 미국의재향군인회가한호텔에서모임후기침과열, 폐렴증세. 그람음성, 호기성간균, 호텔의냉방시스템을통해공기로세균에감염.
원핵생물이인간에미치는영향 절지동물을통한감염 곤충이나진드기류를포함한절지동물은매개체로작용. 진드기에의해전염되는세균성질환의하나로라임병. Borrelia burgdorferi 라는나선균의일종으로사슴에기생하는진드기류에서서식. - 둥근모양의발진, 감기증세, 관절염, 수년간계속되다가결국환자가운동이불가능한상태. 페스트, 쥐에서쥐벼룩을통해서사람으로감염. - 사람의면역세포에서증식, 치료가어렵다.
원핵생물이인간에미치는영향 접촉감염 일부병원성세균은사람들사이의접촉에의해피부로전염. 임질은성행위에의해전염되는성병의일종. 사람의요도에부착하여증식한다. 염증이생기고소변의흐름을막아소변을볼때통증이나타난다 음식물이나식수를통한감염 한번에많은환자가발생가능, 식중독. 살모넬라세균 : 계란, 익히지않은닭고기소고기등에서증식. 대장균도식중독가능 콜레라역시음식물로전염되는질병.
원핵세포의이용 원핵세포의대사과정과그생산물을이용하는산업미생물학 요구르트, 치즈같은유제품은제조에세균이관여. 김치, 오이피클역시세균에의해장기보관용식품으로만들어진다. 항생제, 비타민, 각종효소, 아세톤등의화합물을대량생산하는과정, 술을만드는양조공법, 인슐린, 혈액응고인자대량생산에미생물이용.
원핵세포의이용 유전자재조합기술 내열성효소, 내산성효소등산업적이용가능성증가. PCR 에서사용되는 DNA 중합효소. 폐수처리과정, 폐기물처리과정에서원핵생물을배양하여유기물을무기물로만들어낸다. 원유의유출로인한오염도제거가능. -Exxon Valdez 라는유조선좌초사고로과학자들이연안에무기인산및질소를공급하여미생물의활성을높여원유의분해속도를증진노력.