여과성 병원균 상태의 장티푸스균에 관한 고찰 - 이학박사 아서 아이작 켄들 | 이학 박사 로얄 레이먼드 라이프

[파이랑]

여과성 병원균 상태의 장티푸스균에 관한 고찰

이학박사 아서 아이작 켄들 | 이학 박사 로얄 레이먼드 라이프

 1931년 11월 20일 로스앤젤레스 임상 및 병리학회 박테리아학 분과에 제출

지금까지 여과성 병원균 형태의 살아 있는 박테리아를 관찰한다는 것은 불가능했다. 그럼에도 이론생물학은 물론 응용생물학 분야에서도 여과성 박테리아가 갖는 이론적 및 실천적인 중요성은 결코 부정되지 않았다.

최근에 적절한 분해능과 초고배율의 라이프 현미경과 함께 박테리아를 자유롭게 여과 상태로 유도할 수 있는 간단한 방법이 개발됨으로써, 지금까지의 혼돈 상황에서도 실제적으로 유기체를 통해 이러한 이론을 입증할 수 있는 길이 열렸다.

다른 기회를 통해 자세한 설명을 하겠지만, 라이프 현미경의 두가지 특징만은 여기서 짚고 넘어가야 할 필요가 있다.

첫째, 라이프 광학 시스템은 렌즈는 물론 광원까지 모두 석영으로 제작되었다.

둘째, 석영으로 제작된 이중 프리즘이 광원과 석영 아베 콘덴서(콘덴서는 빛을 시료에 집중시키는 역할을 하는 부품이고, 가장 널리 쓰이는 콘덴서의 형태가 아베 콘덴서이다. 요즘에는 색수차와 구면수차의 보정을 위해 아크로매틱 콘덴서 렌즈를 사용한다) 사이에 탑재되어 있다. 아베 콘덴서는 정밀한 조정장치에 의해 360도까지 회전이 가능하고, 편광의 방향을 어느 갇도든 마음대로 조정할 수 있다.

편광에 관해서는 후에 논의하도록 하자. 이 현미경의 배율은 5000배에서 1만 7000배에 이르므로, 연구를 반석 위에 올려 놓는데 필수적인 역할을 했다.

실험에 사용된 유기체는 널리 알려진 로울링스 계통의 B. 타이포서스였다. 간단한 배양 과정은 다음과 같았다.

1931. 10. 29. B. 타이포서스의 삼중판 배양균은 한천 배지를 제작했다(이 한천 배지는 남가주 대학 박테리아연구소에서 제작되었다).

11. 2. 오후 4시. 한천 배지로부터 K-(단백질)배지 6세제곱센티미터를 접목시켰다.

11. 3. 오전 10시. 버크펠드 N-필터로 전날의 K-배지 중에서 이들 배양균을 여과시켰다(배양균은 네 배의 부피에 해당하는 무균 생리적 염류용액으로 희석시켰다. 사용된 진공은 물 4인치 이하였다. 총 여과 시간은 10분 이하였다).

11. 3. 원래의 배양액 농도의 1/5에 해당하는 여과액 한 방울을 6세제곱센티미터의 K-배지에 도입했다. 숙성온도는 섭씨 37도 였다. 여과액의 순도는 다음과 같이 실험했다. ① 배양 반응 ② 당 발효반응 ③ 특정 장티푸스 혈청과의 응집 반응. 각 실험의 결과는 정확하게 일치했다.

11. 5. 11월 3일 K-배지에 이식되어 48시간 동안 배양된 배양액을 위와 같은 버크펠드 N-필터를 사용하여 여과했다. 이 여과액 한 방울을 6세제곱센티미터짜리 K-배지에 첨가하고 섭씨 37도에서 숙성시켰다. 11월 7일까지 활발한 성장이 일어났다.

11. 9. 배양균을 다시 K-배지에 이식시켰다.

11. 12. 새로운 배양균을 만들고, 이식을 위해 매번 상기의 3단계 과정을 반복했다.

위에서 개략적으로 기술한 바 있듯이 B. 타이포서스의 3단계 배양균이 K-배지에서 매우 빠른 속도로 배양되었다는 사실은 특히 주목할 만한 가치가 있다. 따라서 두 차례의 여과 후에도 이것은 묽은 펩톤액에서 성장하지 못했다. 다시 말하면 이 유기체는 여과될 수 있고, 단백질 배지와 친하며, 일반적인 펩톤 환경에서는 성장 능력을 상실한다는 결론을 내릴 수 있다. ……

11월 9일자 배양균과 11월 12일자 배양균에 대한 관찰은 일반 현미경을 사용했다. 배양액이 눈에 띄게 탁해 보였지만, 식별가능한 간상균은 전혀 관찰하지 못했다. 암시야 조명법에 의해 아주 작고 활동적인 과립을 관찰할 수 있었고, 오일 이머전 렌즈를 통한 직접적 관찰은 이들 활동성 과립들의 존재를 확인시켜 주었지만, 이들 과립의 구조에 관해서는 아무 단서도 제공해 주지 못했다. 더구나 이들 과립들이 장티푸스균의 여과성 형태라고 진단할 명백한 근거는 어디에서도 찾을 수 없었다.

살아 있는 여과상의 이 배양균은 캘리포니아 파사데나로 운반되었고, 밀뱅크 존슨 박사의 도움과 앨빈 푸어드 박사의 도움, 그리고 파사데나 병원 당국의 호의로현미경을 설치하고 배양을 계속할 수 있는 공간과 장비를 확보했다. 이 논의의 주제이기도 한, 그 이후의 진행 과정은 다음과 같다.

11. 16. 시카고에서 제작되었던 11월 12일자 배양균을 무균 상태의 K-배지에 이식하고 섭씨 37도에서 밤새 숙성시켰다.

11. 17. 라이프 현미경을 설치하고, 11월 16일자 최초의 배양균을 조사했다. 이들 배양균에 대한 예비 관찰은 분광기가 부착된

편광 현미경으로 했다. 이 마이크로 편광기의 모든 광학 시스템은 석영으로 제작되었다는 점을 반드시 염두에 두어야 한다. 1/18인치 색수차 발생 방지 오일 침윤 렌즈가 사용되었고, 접안렌즈는 20배율의 석영 렌즈였다.

상기 적시한 바 있는 K-배지에서 배양된 여과상의 B. 타이포서스 배양균을 이 마이크로 편광기로 조사했을 때, 빛이 배양균을 통과하는 편광면이 +4.8도의 편차를 보임과 함께 명백한 청색 스펙트럼의 동시발생적 외관을 가짐이 관찰되었다. 이와 같은 관찰 결과를 염두에 두고, 배양균을 라이프 현미경을 사용하여 5000배율로 관찰했다.

위에서 언급한 바 있는 이중 석영 프리즘은 정밀한 제어장치를 이용하여 -4.8도로 맞추었다. 이와 같은 편광하에서 조사를 하자, K-(단백질)배지에서 배양된 이 B. 타이포서스의 3단계 여과 배양액에서는 작은 타원형의 과립들이 관찰됐고, 그 가운데 많은 부분이 꽤 활발한 움직임을 보였다. 이들 활동성 과립들은 정확한 초점에서 밝은 청록색 물체로 나타났다. 이 물체는 색깔과 활동적인 움직임에 있어서 무색, 무운동성의 배지 파편과 확연하게 구분됐다.

이 실험은 여덟 차례를 반복했고, 모두 K-배지에서 배양시킨 여과성 유기체를 사용했다. 사용된 세균의 배양 기간은 24시간과 48시간 두 가지였다. 관찰의 정성적(定性的) 결과는 매번…… 작은 타원형의 활동성을 가진 청록색 물체가 배양액 안에서 관찰되었고, 이식을 하지 않은 K-배지에서는 이들 물체가 관찰되지 않는다는 점이었다.

작은 타원형의 청록색 물체가 매우 활동적이고 뿐만 아니라 이들 K-배지에서 다른 K-배지로 배양할 수 있다는 두 가지 사실로부터 이들 작은 타원형의 활동성 청록색 물체가 실제로 B. 타이포서스의 여과성 형태라는 것을 추측할 수 있다.

이들 작은 타원형의 활동성 청색 물체에 이 특성을 확립하기 위한 훨씬 직접적인 실험과정이 있다. 이전의 발표를 통해 보여준 바 있듯이 한천 배양기나 혹은 K-배지로 이식되는 B. 타이포서스의 훨씬 희박한 배양액은 섭씨 37도에서 18시간만 배양하면 여과가 가능해진다. 이러한 조건하에서는 모든 세균들이 여과 가능한 상태로 되지는 않기 때문에 최소한 세균의 일부는 그것들이 실제로 여과상을 향하여 통과하고 있다면 그들의 물질 내에 유사한 청록색 과립들을 포함해야 한다. 뿐만 아니라 자유 유영형의 여과성 형태, 즉 위에서 언급한 작은 타원형의 운동성 청록색 물체가 동시에 존재해야 하는 것이다.

암시야 조명법에 의해 그와 같이 18시간 동안 배양한 배양균에 대한 조사는 변하지 않으면서 매우 활동적인 세균을 드러내 주며, 그들은 본체 내에 과립들을 가진 세균이다. 석영 프리즘 각도 -4.8도, 배율 5000배로 조정된 라이프 현미경으로 관찰된 이들 배양균은 다음과 같이 기술되는 세 가지 유형의 유기체를 보여준다.

첫째, 변화되지 않은 간상균이다. 이들은 상대적으로 길이가 길고 매우 활동적이며 거의 색깔이 없다.

둘째, 길고 매우 활동적인 간상균이다. 이들은 모두 한 쪽 끝에 돌기된 과립을 갖고 있다. 그러한 유기체 내의 그 과립은 청록색이며, 크기와 형상, 색깔에 있어서 단백질 배지(K-배지)에서 발견되는 작은 타원형의 매우 활동적인 청록색 과립과 비슷하게 생겼다. 그러나 이식되기 전의 이들 K-배지에는 구상 박테리아가 존재하지 않았음을 상기할 필요가 있다. 한편, 이들 청록색 과립들을 가진 간상균은 오로지 과립의 말단, 즉 거의 색깔이 없는 막대 모양의 나머지 부분에서만 채색이 되고, 이 점에서 바로 앞에서 언급한 바 있는 변화되지 않은(즉 여과되지 않은) 간상균에 상응한다.

셋째, 자유 유영형의 작은 타원형 활동성 청록색 과립은 색깔과 모양 크기에서 방금 기술된 과립화된 간상균들에서 보여지는 것과 외관상으로 상당히 비슷하다.

작은 타원형의 청록색 물체가 모체의 막대형 세균과 배지 안의 자유 유영 속에서 모두 발견된다는 사실로부터 이들 작은 타원형 활동성 청록색 물체가 실제로 B. 타이포서스의 여과성 형태임을 추측할 수 있다.