미생물

[김동석]

Chapter 9 미생물성장의 통제

*정의

Sterilization(멸균):어떤 물질에서 미생물이나 바이러스를 제거하거나 죽이는 것.

Disinfection(살균):더이상 위험하지않을 때까지 병을 일으킬 수 있는 숫자를 감소시키는 것.

        Disinfectant:무생물을 살균하는 chemical

        Germicide:미생물과 바이러스를 죽이는 disinfectant

        Antiseptic:Disinfectant중에서 인체조직에 사용할만큼 독성이 없는 것.

Sanitize:공중보건의 표준에 맞게끔 미생물숫자를 감소시키는 것.

Bacteriostatic(정균제) or fungistatic:미생물을 근본적으로 죽이지는 않고 성장을 방해하는 것.

*Principles

  1)주어진 시간동안 죽는 미생물이나 바이러스의 %는 일정하다. death curve는 logarithmic!

  2)따라서 시간은 초기의 숫자에 의존하며 미리 washing하는 것이 중요하다.

  3)Chemical germicide에 대한 미생물들의 resistance ranking

        ⅰ. Champion - Bacterial endospores!

        ⅱ. Certain fungal spores                 

        ⅲ.Mycobacteria(Mycobacterium tuberculosis)

        ⅳ. Non-lipid-containing viruses         

        ⅴ.Vegetative fungi and most fungal spores

        ⅵ. Vegatative bacteria                  

        ⅶ.Lipid-containing and medium sized viruse

  4)Log phase, 그러니까 잘 자라는 미생물일수록 잘 죽는다.

1. Heat로 데워죽이기 - 열은 세포의 단백질을 응집시킴으로써 미생물을 죽인다.

  1)Dry heat: 습기가 없는 상태에서 heating. 시간이 좀 오래 걸린다. 우주선에서 사용.

             glassware and large metal objects

             dry heat-200도, 1시간반.  wet heat-121도, 15분!

  2)Boiling: 물이 100도에서 끓기 때문에 충분히 살균할 수 없으므로 2%sodium carbonate추가

            어떤 bacteria의 heat-resistant spore는 죽이지못하므로 좋은 방법이 아니다.

            drinking water

  3)Steam under pressure(Autoclave): 완전한 진공상태에서 steam압력을 조절, can, PET

                                    15pound, 121도, 15분. flash autoclaving(135도, 3분)

        ⅰ.air trapping을 막아라.         ⅱ.열의 관통을 보장하라         

        ⅲ.미생물을 확실히 steam과 접촉시켜라           

        ⅳ.indicator로 test하라.

                α.chemical indicator:autoclaving하는 동안 색변화

                β.biological indicator: 병을 일으키지않는 Bacillus stearothermophilus의

                                     heat-resistant spores를 이용

        ⅴ.압력을 뽑기전에 냉각시켜라   

        ⅵ.heat-sensitive한 물질에는 다른 절차를 써라

                (예:glucose의 caramelization-Mailard reaction)

        ⅶ.다시 오염되는 것을 방지하라

  4)Pasteurization(저온살균):끓는점보다 낮은 온도에서의 통제된 heating절차

                          Mycobacterium bovis(소결핵균), Brucella등

        ⅰ.Low-temperature, long time(LTLT): milk(옛날방식) 62.9도, 30분

        ⅱ.High-temperature, short time(HTST): milk, 71.6도, 15초 -->Flash pasteurization

        ⅲ.Ultra-high-temperature method(UHT): 불과 수초동안

      *때에 따라 조금씩 다르다. 예)hospital anesthesia mask(80도, 15분)

      **Tyndallization(간헐멸균)

        100도heating(kill vegatative bacteria)&cooling(spore germinate)&reheating...3번반복

2.Filtration으로 걸러서 죽이기-heating할 수 없는 유체의 경우(serum은 50도만 돼도 파괴된대)

      -우주선에서, unpasteurized beer의 경우, liquid heat-sensitive 한 약물의 경우

  1)단점 ⅰ.인간의 혈청에서는 virus를 제거할 수 없다

        ⅱ.너무 큰 압력을 가하면 bacteria까지 빠져나간다

        ⅲ.현탁액의 단백질이 필터의 정전기전하를 중성화시켜 여과력을 감소시킨다

        ⅳ.필터가 원하는 박테리아의 효소를 흡수해버려 여과에 실패할 수 있다.

  2)Small pore size membrane filter (0.2-0.4㎛)

        -cellulose acetate, cellulose nitrate, polycarbonate...

        -immersion oil을 적용하면 semitransparent가 된다.

      *0.2㎛는 pore가 너무 작아서 막혀버릴 수 있으므로 0.4㎛짜리를 먼저써서 Prefiltration한다

       0.2㎛짜리도 virus는 그냥 통과! Mycoplasma도 cell wall이 없어서 통과! 괘씸한 놈들.

3.Chemicals(화학적으로 죽이기)

        -high level(bacterial endospore, small non-lipid virus까지 죽일 수 있는 germicide)

         intermediate level(Mycobacterium tuberculosis까지 죽일 수 있는 germicide)

                M.tuberculosis는 두꺼운 lipid wax를 가지고 있어서 survival time이 길다.

         low level(다른 vegetative bacteria들을 죽일 수 있는 germicide)     205p table9.5참조.

  1)Alcohols

        ⅰ.Ethyl and isopropyl alcohols(40-80, 최고의 소독효과는 70%, 물과 섞어야)

                -단백질을 응고시키고 지방층을 용해시킨다(intermediate)

        ⅱ.휘발성이 오히려 단점이 된다.

  2)Halogens -intermediate

        ⅰ.Chlorine:유기물질이 Cl과 결합, 미생물이나 바이러스가 이용하지 못하게 한다(치사해)

                  음용수나 수영장물에 사용(chlorine gas가 물과 반응, hypochlorite를 생성,

                                           단백질을 산화시킴으로써 미생물에 작용)

                  부식성이 있고 피부와 점막에 자극성.

        ⅱ.Iodine:세포내에서 필수분자를 비가역적으로 산화시킨다. 알콜에 녹여 tincture를

                만들면 더욱 향상.  *과거에는 KI(옥도정기)를 사용했으나 지금은 사용안함

        ⅲ.Iodophors: surface-active agent에 iodine을 연결한 화합물. 상처의 irrigation, 질세정.

                    iodine에 allergy가 있는 사람에게 사용못하며 pseudomonas는 효과가 없다

                    M.tuberculosis에 오염된 기구에도 효과가 없다.

  3)Aldehydes: solution of 8% formaldehyde in water -->최근에는 glutaraldehyde사용

              단백질을 응고시킨다(high-low) 샘플보존과 표본저장에 사용

              자극성있는 증기와 발암성이 문제.

  4)Phenolics: 세포막을 파괴(low, 5-10%진한농도에서는 intermediate)

             병원수술실에서의 terminal cleaning에 사용

       *hexachlorophene(phenol derivative)soap-의사와 간호원이 손의 Staphylococcus aureus

                                죽이기위해 사용. 혈전방지 heparin에도 함유. G(-)에는 무효

                                어린이, 임산부는 사용해서는 안됨

        chlorhexidine-Staphylococci는 물론 G(-)에도 효과적

  5)Quaternary Ammonium compounds(quats)-액체의 표면장력을 줄이는 계면활성제에 사용.

        비누(sodium dodecyl sulfate, -charge) eye drop, contact lens solution

        세포막을 공격(low) Pseudomonas에는 효과 없음

  6)Metal compounds-단백질을 응고시키고 효소의 SH그룹과 반응(low)

        ⅰ.Mercury : Mercurochrome. 지금은 사용안함

        ⅱ.Silver: silver ion은 천천히 유리되어 필수단백질의 sulfhydryl group에 결합,

                 세포벽과 세포막을 파괴한다

                α.Silver nitrate-Neisseria gonorrhoeae감염을 막기 위해 신생아에 점안(1%)

                               Chlamydia trachomatis에는 무효, 오늘날에는 erythromycin사용

                β.Silver sulfadiazine-화상에서의 감염방지

  7)Ethylene Oxide

        ⅰ.세포의 구조나 효소성분과 반응하여 파괴(high) 고무,플래스틱,주사기,마취기구 등

        ⅱ.폭발성이 있으므로 CO2를 섞고 온도,압력,습도가 통제되는 특별한 방에서 사용.

          독성이 심하여 기형이나 암을 유발할 수 있다. 사용후 반드시 heated air를 통해 제거

   **용어정리

     ①sterilants-high level      

     ②hospital disinfectants having tuberculocidal activity-intermediate level

     ③hospital disinfectants-low level

   ☺medical setting

     ①critical-enter body tissue        ②semicritical-contact with mucous membrane

     ③noncritical-contact with skin

   **비교

     ①D value(decimal reduction time): 주어진 온도에서 90%가 죽는 데 요구되는 시간

     ②Z value: D value가 10배 변화하는데 요구되는 온도변화

     ③phenol coefficient(석탄산계수):pure phenol의 살균력으로 나눈 숫자. 높을수록 좋다.

4.Radiation 방사선으로 죽이기

  1)electromagnetic radiation-질량은 없지만 에너지를 가진 wave. 에너지는 frequency에 비례.

  2)α-ray:야광시계, 화재경보기의 α detector

    β-ray:32P가 제일 쎄다

  3)γ-ray:방사성동위원소 cobalt-60. 음식물의 멸균과 비파괴검사 등에 사용.

          곧바로 사용할 수 있다는 점이 장점.

        ⅰ.oxygen이 있으면 더욱 효과가 높아지고 vitamin C, ethyl alcohol, glycerol은 반대다.

        ⅱ.Bacterial endospore는 저항성이 있고 Deinococcus radiodurans는 더욱 저항성크다.

  4)UV(200-310nm):DNA가닥에서 thymine dimer생성을 촉진. 피부암유발이 문제.

Chapter 10 박테리아의 분류와 확인

    ★Escherichia coli O157:H7 이야기

        O157 Antigen - somatic lipopolysaccharide       H7Antigen - flagella 구조

    ♥Archaebacteria 이야기

        peptidoglycan이 없고 fatty acid도 없으며 intron이 있다는 점에서 Eubacteria와 다르고

        오히려 Eukaryotes와 유사한 점이 있다!

1.Taxonomy

        *Formal Rank: Kindom→Division→Class→Order→Family→Genus→Species

  1)Numerical taxonomy: 두 그룹의 공통적인 특성의 퍼센트를 계산하는 것.

     *Similarity coefficient-90%이상이 되면 single species로 추정

  2)Molecular approach

        ⅰ.DNA 또는 RNA base sequence의 비교

                α. GC content(함량)

                β.Nucleic acid hybridization: 열로 DNA를 denature시킨 다음 다시 renature.

                                            관련이 클수록 hybridization정도가 커진다.

        ⅱ.16S ribosomal RNA의 base sequence 비교

            원생핵세포의 small subunit로써 함량도 많고 매우 conservative하면서

            signature sequence를 갖고 있어서 가장 좋은 비교방법이 된다

        ⅲ.protein level - Amino acid similarity의 비교

2.박테리아의 확인

  1) Direct method

        ⅰ.Wet mount : 질분비물이나 변 등 액체상태의 슬라이드를 현미경으로 관찰

        ⅱ.Gram Stain

        ⅲ.Acid-fast stain: Mycobacterium tuberculosis 관찰 - auramine같은 fluorochrome사용

  2) Culture technique

        *bacterial meningitis 일으키는 유기체를 곧바로 혈액한천배지(chocolate agar) 배양후

         biochemical test- bacteria가 만든 catalase와 oxidase에 의해 H2O2로부터 O2생성.

                          glucose의 분해능력 테스트

  3) Metabolism product의 조사

        ⅰ.Carbohydrate - 14C로 Radioactively label 하면 14CO2가 생성되므로 확인

        ⅱ.Mycobacterium tuberculosis의 경우는 radiolabeled fatty acid를 이용, 역시 14CO2생성

  4) Molecular biological technique

        ⅰ.restriction enzyme(endonuclease) treatment and electrophoresis

        ⅱ.DNA probe : 32P 또는 biotin으로 label 된 핵산 -배양이 힘든 경우에 유용하게 사용

                       요즘은 위험한 방사성원소 대신에 Chemiluminiscence를 이용한대!

        ⅲ.PCR technology : 16S ribosomal RNA의 signature sequence를 수없이 증폭,

                           electrophoresis로 분리

♠박테리아 확인방법의 정리

    ① Colonial appearance 관찰

    ② Microscopic analysis : 염색안하고 모양,세포배열,운동,inclusion관찰하거나

                             그람반응, acid-fast stain 특성 관찰

    ③ Biochemical tests

    ④ Growth requirements : 영양 또는 산소의 필요여부조사

Chapter 11. Prokaryotic Microorganism: Eubacteria and Archaebacteria

    ▶Bergy's Manual of Systematic Bacteriology의 4가지 division

      ⒜Gracilicutes: Gram negative cell wall(thinner cell wall)

      ⒝Firmicutes:  Gram positive cell wall(thick and strong cell wall)

      ⒞Tenericutes: lacking cell wall (pliable and soft)

      ⒟Mendosicutes: faulty cell wall (cell wall without peptidoglycan) -Archaebacteria!

                                          진료는 의사에게 약은 약사에게 미생물은 인식이에게

1.그람음성세포벽을 가진 Prokaryotes

  1)Spirochetes : 유동적인 세포벽,  axial filaments(flagella와 동일한 구조의 fibril,축사)로 운동.

        ⅰ.Treponema pallidum - 가늘고 유동적이며 빽빽하게 꼬인 나선형.

                                배양이 안된다. 배양을 한다해도 독성이 없어져버린대!

                                매독(Syphilis)   dark-field illumination으로 관찰.

        ⅱ.Borrelia burgdorferi - 느슨한 나선형. 시험관에서 배양된대!

                                진드기를 통해서 Lyme disease(점점 커지는 끔찍한 발진)를

                                일으키는 놈이야.

        ⅲ.Leptospira interrogans - 길고 빽빽하게 꼬인, 끝이 고리모양인 나선형.

                                  역시 시험관에서 배양되고, 이 놈은 오염된 물을 통해서

                                  감염되면 동물의 신장에 사는 지저분한 놈이야.

  2)Helical and Comma-shaped Gram negative Aerobes

     : 그람음성에 전형적인 비유동적 세포벽과 flagella에 의한 운동. 물에 사는 부패균이다.

        ⅰ.Campylobacter jejuni - tiny curved rod(간균), 3-5%산소와 42도에서 잘 자란다

                                설사와 이질을 일으키는 놈.

        ⅱ.Spirilum minus - 양 끝에 flagella가 있는 느슨한 나선형. Rat bite fever!

        ⅲ.Bdellovibrio bacteriovorus

                - 한쪽 끝에 flagella가 있고 없는 쪽을 다른 박테리아세포에 붙인 다음 소화

                  효소로 구멍을 뚫고(이때 100번 rotation) 침투하는 comma-shape bacteria.

                  꼭 다른 host가 필요.

  3)Gram negative Aerobes

        ⅰ.Rhizobium - 식물의 뿌리세포에 살면서 공중질소를 NH4+형태로 고정하는 기특한 놈.

        ⅱ.Pseudomonas aeruginosa - 녹색의 색소생성(녹농균) 독성있음. 화상, 요로, 혈액감염.

        ⅲ.Azotobacteria - 식물이 없어도 aerobic condition에서 공중질소를 고정한다. 이때,

                          Nitrogenase효소는 산소에 매우 민감하지만, 이 놈은 호흡이 빨라서

                          세포내에 산소가 없어지므로 Nitrogenase가 inhibit되지 않는다.

                          알칼리토양에 살며 세포벽이 변형된 Cyst를 만드는데, 이것은

                          건조나 UV에는 견디지만 열에는 못견딘다(열받으면 죽는다!)

        ⅳ.Legionella pneumophila - 주로 폐에서 Legionnaires' disease를 일으키는 놈.

                                    iron과 cysteine을 필요로 하며 facultative!

        ⅴ.Neisseria gonorrhoeae - 임질을 일으키는 쌍구균, oxidase test에 양성

        ⅵ.Bordetella pertussis - 백일해를 일으키는 작고 못움직이는 coccobacilli. 혈액에 배양.

        ⅶ.Francisella tularensis - 야토병을 일으키는 작고 못움직이는 coccobacilli. 특별배양.

  4)Facultatively anaerobic(통성혐기성)Gram negative rods : 공기가 없으면 발효를 하는 녀석들

        ⅰ.Enterobacteria : peritrichous flagella(주편모균)

                α.Escherichia coli - 수백개의 변종. 플라스미드가 영향을 준다.

                                    신생아뇌막염, 설사, 요로감염

                β.Klebsiella pneumoniae - large capsule, 폐렴을 일으키고 못움직인다.

                γ.Proteus mirabilis - 요소를 암모니아로 대사, 요로감염

                δ.Salmonella typhi - Hydrogen sulfide생성, Typhoid fever!

                ε.Salmonella enteritidis - 수백변종(flagella에 따라), Gastroenteritis(식중독)

                ζ.Serratia marcescens - 적색군집(유일한 경우). 요로, 혈액감염

                η.Yersinia pestis - 못움직이지만 벼룩을 통해 흑사병(bubonic plague)일으킴

        ⅱ.Vibrios

                α.Vibrio cholerae - high-salt medium을 필요. 콜레라!

                β.Vibrio parahaemolyticus - "  경련과 설사 등 장염을 일으키는 놈

                γ.Photobacterium -bacterial luciferase효소에 의해 발광(發光)을 하는 녀석들.

  5)Dissimilatory sulfate or sulfur-reducing bacteria

        ⅰ.황 또는 산화된 황이 마지막 전자수용체.

        ⅱ.H2S가 생성되어서 썩은 냄새를 내는 놈. 

        *Desulfovibrio

  6)Most fermentative Gram-negative Anaerobe :산소에 노출만 돼도 죽는대. 입이나 장에 산대

  7)Obligately intracellular Gram-negative bacteria

      :host cell 밖에서는 살지못하는데 Rochalimaea만은 예외로 배양이 된다

        ⅰ.Rickettsia rickettsii: tick(진드기)에 의한 Rocky Mt. spotted fever(록키산홍반열)

        ⅱ.Coxiella burnetii:

                α.포자같은 구조를 형성하며 drying, heat, disinfectant에 저항력이 있는

                   small cell variant

                β.예외적으로 흡입(inhalation)에 의한 감염. 폐렴, 심장판막감염, Q fever

        ⅲ.Chlamydia trachomatis

                α.intracellular replication site에 Glycogen inclusion body를 가지고 있다.

                β.Trachoma, conjunctivitis(결막염), lymphogranuloma venereum(서혜임파육종)

                   nongonococcal urethritis(비임균성요도염)

        ⅳ.Chlamydia pneumoniae: 서양배모양의 elementary body(기본소체,rigid cell wall)

                        *reticulate body(기초소체)   중증의 폐렴.

        ⅴ.Chlamydia psittaci: 새분비물에 의한 폐렴-Psittacosis or parrot fever

  8)Endosymbionts: 그람음성이면서 eukaryotic cell에 함유되어있고, host cell에 해를 주기는

                   커녕, 유익하고, 심지어 host의 생존에 절대 필수적이기도 한 기특한 녀석.

                *endosymbiotic theory-16S rRNA를 비교해보면 mitochondria나 chloroplast

                                  같은 organelle들이 예전에는 prokaryotic endosymbiont였다

  9)Myxobacteria: non-photosynthetic, strictly aerobic Gram-negative, gliding bacteria!

                 영양분이 떨어지면 guanosine polyphosphate에 의해 cell들이 집합,

                 fruiting body(자실체)를 형성, 다시 mycrocyst로 분화한다.

                 (heat, drying, radiation에 대해 상당한 저항성을 갖는다)

                 H2S를 산화하거나 유기물질을 분해하여 에너지를 얻는다.

 10)Oxygenic photosynthetic bacteria-Cyanobacteria!

        ⅰ.Thylakoids: chlorophyll과 아울러 phycobiliproteins색소를 갖고 있는데, chlorophyll

                      과는 다른 파장의 빛을 흡수한다.

        ⅱ.Heterocysts: nitrogen fixation

 11)Budding bacteria: solid substrate에 부착하는 prosthecae(holdfast)를 갖고 있다.

 12)Aerobic Chemolithotrophic bacteria: 무기물질을 산화시켜 에너지를 얻는 놈들.

                                     CO2-fixing enzyme을 함유한 carboxysome을 보유

        ⅰ.Thiobacillus denitrificans: 황을 산화시켜 에너지를 얻는다

        ⅱ.Nitrifiers:무기질소화합물을 산화

                α.Nitrosomonas, Nitrosospira: ammonium ion을 nitrite로 산화

                β.Nitrobacter, Nitrospira, Nitrococcus: nitrite를 nitrate로 산화

        γ.Xanthobacter: 수소를 산화, CO2고정, 탄수화물과 물 생성.

2.그람양성세포벽을 가진 Prokaryotes

  1)Cocci

        ⅰ.Streptococcus pyogenes:

                α.groupA cell wall carbohydrate, M-protein in cell wall(병을 일으키는 부분)

                β.β-hemolysis(적혈구가 완전히 파괴되는 것)

                        *α-hemolysis(불완전용혈) 일으키는 놈은 viridans streptococci라고 함

                         γ-hemolysis는 용혈이 없는 경우

                γ.Strep throat, wound infection, toxic shock.

                        Antigen-Antibody complex→complement→cell lysis

                        →poststreptococcal disease(rheumatic fever&glomerulonephritis)

        ⅱ.Staphylococcus aureus

                α.proteinA(Fc항체와 반응, immunoglobulin반응차단) in cell wall.

                   Catalase에 양성반응. Coagulase enzyme이 혈장응고.

                β.wound infection, food poisoning(식중독, 끓여도 안죽거든)

                  Toxic shock syndrome(tampon)

  2)Endospore forming bacteria

        ⅰ.Bacillus anthracis: 호기성세균, Anthrax(탄저병-검은괴저)

        ⅱ.Clostridium tetani: 혐기성세균, terminal spore(한쪽에 몰려있는 단재성포자)형성

                             신경독을 생성(Tetanus-spastic paralysis), 백신있음

        ⅲ.Clostridium botulinum:혐기성세균

                *Botulism-설사없이 동공확대, 복시현상, 신경마비, 근육이완

                 infant botulism-통조림,분유통등에서 감염, 변비증세. 어린이사망의 큰 원인

  3)Endospore를 형성하지 않는 cylindrical rod - Lactobacilli(유산균)

        *여성의 질에서 포도당을 대사, 에스트로젠에 반응하여 질벽을 따라 침전, 산성을

         만들어줌으로써 감염에 저항성을 갖게해준다. 폐경후에 잡균이 번식하게된다

  4)Irregularly shaped rod:

        ⅰ.Corynebacterium diphtheriae: Snapping division(chinese letter-W shape, gull-wing)

                *EF(elongation factor)2에 ADP ribosylation-단백질합성중지. Diphtheria백신!

        ⅱ.Actinomyces israelii: 혐기성세균, sulfur granule을 형성. Actinomycosis(lumpy jaw)

  5)Acid-fast: Mycobacteria

        ⅰ.Mycobacterium tuberculosis: 느리게 자란다(20시간의 분열시간), cord factor형성

        ⅱ.Mycobacterium leprae: 배양은 안되고 armadillo에서 자란다

                                Leprosy(Hansen's disease, 문둥병)

  6)Actinomycetes: hyphae(branching filaments)→mycelium

        ⅰ.Nocardia asteroides-AIDS환자에서의 폐질환과 전신질환

        ⅱ.Nocardia brasiliensis-Mycetoma(발의 뼈와 조직에서의 만성적인 draining abscess)

        ⅲ.Streptomycetes: hyphal filaments are coenocytic. 즉 격벽(septum)이 없는 상태

                          항생제의 중요한 원료다.

3.세포벽이 없는 Prokaryotes- Mycoplasmas

        *세포벽이 없으므로 쉽게 변형되어 filter의 작은 구멍을 통과한다. 세포막이 osmotic           lysis에 저항력이 있기 때문에 상대적으로 hypotonic(저장)한 환경에서 잘 살 수 있다.

         에너지원으로 carbohydrate를 사용, 특별한 medium이 필요

  1)Mycoplasma pneumoniae: 느리게 자라는 호기성세균, Walking pneumonia

  2)Ureaplasma urealyticum: 빠르게 자란다. 호기성 또는 혐기성.

                           urethritis(요도염), 60%의 여성에게 vaginal flora.

  3)Spiroplasma: spirochetes를 닮았지만, 세포벽과 axial filament없다. 아기생쥐에게 백내장유발.

4.Peptidoglycan이 없는 세포벽을 가진 Prokaryotes - Archaebacteria

        *극한적인 환경에서 자라므로 extremophiles라고 한다. 세포막에 특이한 lipid를 가지고

         있고, 특이한 transfer RNA를 가지고 있다. eubacteria보다는 eukaryotes와 가깝다

  1)Methanogens : methane-producing bacteria(H2를 산화, CO2를 환원하여 CH4생성)

                  인간의 소화관에서 자라며 strict anaerobe!

                  산소에 노출되면 죽으므로 roll tube를 이용한 Hungate technique로 배양

  2)Halobacteria : very strong salt solution에서만 산다. organic material로부터 화학에너지를

                 이용하지만 bacteriorhodopsin에 의해 빛에너지도 흡수할 수 있다.

  3)Thermophilic Archaebacteria : 높은 온도, 황의 존재하에서 잘 자라는 놈들.

        ⅰ.Sulfolobus : 유황온천(70-75도, pH2-3), 황을 산화시켜 에너지를 얻는다

        ⅱ.Thermoplasma: heterotroph, 59도, pH1-2

        ⅲ.Pyrodictium occultum: 해저화산분출구(105도)에서 사는 접시모양세균

                                수소개스가 에너지원이며 황이 마지막 electron acceptor다.

Chapter 12. Eukaryotic Microorganisms: Algae, Fungi, Protozoa.

1.Algae : 민물 및 해수에 부유 또는 부착해서 서식하는 생물체

  1)chlorophyll a를 함유, 광합성을 수행하며 복잡한 조직이나 다세포생식구조는 없다.

    (엽록체가 thylakoid에 싸여있어 명반응을 수행한다.)

    aquatic algae는 산소의 주요한 원천이며 이산화탄소의 중요한 소비자다.

        ⅰ.phytoplankton(식물성): 자유롭게 떠다니며 광합성, 많은 동물의 주요한 food source

          zooplankton(동물성):phytoplankton을 먹는다. krill새우나 다세포crustaceans(갑각류)

        ⅱ.Microscopic algae: single-cell, 자유롭게 떠다니거나 flagella로 추진. 긴 사슬 형성

                *diatoms(규조류): 3차원적인 frustules구조 형성

        ⅲ.Macroscopic algae: multicellular.

                α.holdfast:바위같은 곳에 단단히 붙게 해준다. 뿌리와 달리 물,영양을 흡수안함.

                β.stipe: 줄기, 광합성을 하는 잎사귀같은 구조인 blades를 갖고 있다.

                γ.bladder or float: 기체를 함유한 부레.

  2)Eukaryotic structure

        ⅰ.cell wall: rigid cellulose, pectin,+(silicon, calcium, carrageenan, agar, mannan,xylan)

                *diatoms: silicon dioxide → 죽은 후 해저에 침착, diatomaceous earth

        ⅱ.유전정보:nuclear membrane에 싸여있는 chromosome에 함유

        ⅲ.membrane-bounded organelles

                α.chloroplast: chlorophyll과 carotenoids함유-광합성

                β.mitochondria: 호흡과 산화적인산화(oxidative phosphorylation)

        ⅳ.생식 α.asexually binary fission(이분법)-대부분의 single-cell algae, 단지 nuclear                                                     division인 mitosis가 prokaryotes와다르다.

                β.fragmentation -multicellular, 그냥 똑 떨어져나온다.

                γ.sexual reproduction(유성생식):

                        gametes(haploid)→zygote(diploid)  meiosis(감수분열)

                δ.alternation of generation(세대교체):haploid와 diploid가 세대마다 바뀐다

  3)꼭 알아야할 이름들:

        Chlorophyta(green algae,녹조류) Phaeophyta(brown algae,갈조류)

        Rhodophyta(red algae,적조류-corallines,치명적인 toxin)

        Chrysophyta(golden brown alge, Diatoms, 규조류)

        Pyrrophyta(dinoflagellates,2개의 편모)

  4)Paralytic Shellfish Poisoning

        ⅰ.Gymnodinium breve: Pyrrophyta, red tide를 일으키고, 어류를 죽인다

        ⅱ.Gonyaulax: Pyrrophyta, neurotoxin(gonyautoxin, saxitoxin)을 생성,

                   Shellfish에게는 별 해가 없으나, 사람이 먹으면 Paralytic Shellfish Poisoning

2. Fungi - 습도70%, 온도20-35도, pH5.0이하의 약산성에서 잘 자란다. 세포벽은 chitin

  1)간단한 분류

        ⅰ.Yeast: single-celled fungi. Budding(출아법)또는 포자를 이용한 유성생식으로 번식.

        ⅱ.Molds: filamentous fungi. Fungal spore가 적당한 곳에 자리잡으면 germ tube가

                 튀어나와 hypha(single filament)가 되고 다시 hypha가 mycelium으로 된다.

                        *parasitic(기생성) fungi는 haustoria라는 특별한 hypha를 갖고 있어서

                         동물의 세포벽을 뚫을 수 있으며, saprophytic(부패균)fungi는

                         rhizoids라는 특별한 hypha를 갖고 있어서 기질에 닻을 내린다.

        ⅲ.mushroom: 큰 자실체(fruiting body)를 갖고 있는 filamentous fungi

      ★Dimorphic fungi: Coccidioides immitis-토양에서는 mold로 있다가 인체내에서(37도)는

                                             yeast로 변하여 병을 일으킨다(YM shift)

  2)주요그룹

        ⅰ.Zygomycetes(black bread mold,접합포자류): Rhizopus stolonifer

        ⅱ.Basidiomycetes(meadow mushroom,담자포자류): Agaricus campestris

        ⅲ.Ascomycetes(baker's yeast,자낭포자류): Neurospora, Saccharomyces cerevisiae

        ⅳ.Deuteromycetes(fungi imperfecti,불완전균류): Penicillium, Aspergillus

        ⅴ.Oomycetes(난포자류): Phytophthora infestans

  3)Fungal disease

        ⅰ.Liver cancer: Aflatoxin from Aspergillus      

        ⅱ.Histoplasmosis: Histoplasma capsulatum

        ⅲ.Coccidioidomycosis: Coccidiodes immitis

        ⅳ.Candidiasis(thrush,아구창): Candida albicans(병약한 사람에게만)

        ⅴ.Skin infection: 무좀균(Epidermophyton, Trichophyton, Microsporum)

3.Protozoa(원생동물)

  1)Mastigophora(편모충류): flagella, longitudinal fission.

        Trichomonas vaginalis,

        Giardia lamblia(Giardia intestinalis)-Giardiasis(설사,복부팽만,복부경련,메스꺼움)

        Trypanosoma gambiens(아프리카수면병,3일열)-적혈구내에 포자형성, 백혈구와 숨바꼭질

  2)Sarcodina(근족충류): pseudopodia(위족), binary fission.

        Entamoeba histolytica-아메바성이질(장조직을 용해, 혈변성 이질)

  3)Sporozoa(포자충류): 대개 비운동성. multiple fission.

        Plasmodium vivax, Toxoplasma gondii(태아에게 치명적)

  4)Ciliata(섬모충류): multiple cilia, transverse fission

        Balantidium coli-설사증세

        *Phagocytosis(식작용)

                Chemotaxis and adherence(유인과 부착)→Ingestion(흡입)

                →Phagosome(Phagocytic vacuole)의 형성

                →Phagosome을 소화효소인 lysosome과 합쳐 Phagolysosome형성

                →Digestion(소화)→Exocytosis(배출)

Chapter 13. Viruses

1.일반적 특성

  1)Protomer→Capsomer(Capsomere)→Capsid(protective protein coat)

    capsid와 protein coat안에 packing된 nucleic acid를 함께 Nucleocapsid라고한다.

    이렇게 해서 구성된 각각의 virus particle을 Virion이라고 한다!

  2)RNA이거나 DNA이거나 둘중의 하나지, 둘을 다 갖지는 않는다. 반드시 living cell에서 산다.

2.바이러스의 구조

  1)naked capsid virus-capsid가 유일한 outer coat일 때

  2)enveloped virus-추가로 lipid membrane이 있는 것, 인체나 동물을 감염시키는 놈들.

                    lipid envelope 바로 안에 matrix protein이 있다.

        *Spike(glycoprotein structure): attachment protein

3.바이러스와 숙주(Host)와의 관계

     *λphage만이 lytic, lysogenic cycle모두 가능. 대부분은 lytic cycle만 가능

  1)Virus Replication in a productive infection(lytic cycle)

        ⅰ.T-4 phage가 bacterial cell의 specific receptor에 붙는다

        ⅱ.phage의 coat는 밖에  놔두고 phage DNA를 직선으로 풀어 안에 집어넣는다

        ⅲ.Early transcription: phage mRNA, phage-induced protein

        ⅳ.Late transcription: 각각의 성분들이 합성된다.

        ⅴ.Maturation: 조립

             *One-step growth curve상에서 maturation이전에 Eclipsed period가 나타난다

        ⅵ.Release of virions: Plaque숫자를 counting!

                Cell lysis가 일어나서 cell이 죽는 경우와,

                lysis없이 계속적으로 증식되는 경우, 두가지가 있다.

  2)Virus Replication in a latent state(lysogenic cycle)

    :viral nucleic acid가 host cell의 chromosome에 통합되어(transduction) host의 일부분으로

    replication된다. 이 경우를 temperate phage라고 하며, 이런 phage DNA를 prophage라고

    부르고, prophage를 갖는 bacterial cell을 lysogenic cell이라고 한다.

        ⅰ.lambda(λ)phage는 E.coli에 붙어 T-4처럼 lytic cycle을 진행시킬 수도 있다.

        ⅱ.한편 λphage는 E.coli에 자신의 DNA를 합쳐 provirus가 될 수 있다(lysogenic cycle)

           phage와 bacteria의 짧고 homologous한 nucleotide sequence가 둘의 DNA를 통합

           시킨다→Synapse

                α.이 DNA가 통합된 상태로 남아있으려면, 통합된 viral DNA가 repressor                     protein을 code해서 productive infection을 위한 transcription을 inhibit해야한                  다. 이때, C I repressor gene이 C I repressor protein을 만들면 이 protein이

                  Viral gene의 operator에 붙어 viral protein synthesis를 막음으로써 lytic

                  cycle(Excision)을 억제하게된다.

                β.repressor protein이 불활성화되면 효소가 합성되어 prophage는 박테리아의

                  chromosome으로부터 excision되어 새로운 virion을 형성한다→Lytic cycle!

                        *lysogenic culture를 UV로 처리하여 DNA에 손상을 주면 SOS signal                         이 작동, RecA recombinase가 RecA protease로 활성화되고 이것이

                         평상시에는 lytic cycle을 억압하던 C I repressor와 SOS repair를 억                         압하던 LexA repressor를 파괴하여 lytic cycle로 전환한다(Induction!)

        ⅲ.prophage에 의해 만들어진 repressor protein은 또한 lysogenic cell이 이미 갖고 있는

          것과 같은 타입의 DNA를 가진 phage로부터 감염이 안되도록 면역을 부여한다

        ⅳ.Lysogenic conversion: 일부 박테리아는 통합된 phage gene이 code한 toxin에 의해

          질병을 일으키는데, prophage를 제거하면 더 이상 toxin을 만들지 못한다

                예)Corynebacterium diphtheriae,  Clostridium botulinum,

                   Streptococcus pyogens,  Vibrio cholerae,  Salmonella

  3)Filamentous bacteriophage(F phage): M13

        λphage나 T-even phage는 release되면서 host cell을 파괴시키지만, F phage는 host

        cell을 파괴시키지 않고 release된다. Extrusion이라고 한다. 이들은 E.coli의 세포벽에 붙        는게 아니라, sex pili에 붙으며 phage coat가 host, 즉 carrier cell의 세포막에 저장되었        다가 extrude될 때 다시 결합한다. 이는 인체에 침투하는 어떤 virus들이 역시 host cell        을 죽이지 않고 빠져나가는 budding과 유사하다.

4.Transduction: 한 박테리아세포로부터 다른 박테리아세포로 DNA가 phage에 의하여 전달됨.

  1)Generalized transduction: generalized transducing phage

        productive infection초기에 virulent phage가 bacterial chromosome을 분해, 많은 단편으

        로 만들면 이것이 phage DNA에 대신하여 phage head에 들어가고 homologous              recombination에 의해 전달된다. phage는 완전한 virion을 형성하거나 cell을 용해시키는

        DNA를 결여한 defective한 것이 되므로 침입하는 cell들을 용해시키지 않는다.

  2)Specialized transduction: specialized transducing phage - λphage

        temperate phage는 prophage로서 박테리아chromosome의 일부분으로 복제될 수도 있고,

        독립적으로 복제될 수도 있는 선택성을 갖는 Episome이다! Hfr DNA가 박테리아            chromosome으로부터 제거되어 F+ plasmid가 될 수 있는 것과 유사하다. 보통 phage          DNA만이 excision되나, 드물게는 박테리아DNA가 phage DNA에 붙어있게 되고             (F'plasmid처럼) phage는 역시 defective(결함이 있는)한 것이 된다.

5.바이러스의 연구방법

  1)배양(culture)

        ⅰ.어떤 바이러스들은 오로지 살아있는 동물안에서만 배양된다

        ⅱ.Cell culture(Tissue culture)-in vitro

            :어떤 동물바이러스들은 인간이나 다른 동물로부터 취한 세포에서 배양된다

             -동물에서 직접 취한 경우의 tissue culture를 primary culture라고 한다

                α.동물로부터 조직을 제거하여 잘게 썬다.

                β.Trypsin같은 protease enzyme으로 처리하여 세포들을 분리한다.

                γ.complex mixture를 포함한 growth medium에 넣는다

                δ.cell들이 병의 표면쪽에 primary monolayer를 형성한다. monolayer속에서

                  virus들이 cell을 감염, 용해시키면 plaque를 형성하게된다.

                  cell들이 꽉차서 서로 만나면 더 이상 분열하지않고 resting state에 들어간다                  →Contact inhibition!

                  보통 인간의 피부세포는 50-100번정도 분열할 수있다. 하지만, 종양세포의 경                  우는 예외적으로 무한히 분열한다.

        ⅲ.Embryonated chicken eggs(발생중인 병아리가 들어있는 달걀)에서 배양

  2)Cytopathic effect: virus가 tissue culture cell에서 증식되면 종종 cell의 외양에 변화를 일으                     킨다(바이러스마다 독특한 특성을 갖는대)

        *특징적으로 granulation(육아, 즉 과립형성)이 나타난다.

         Apoptosis(programmed cell death, 억지로 번역하자면 세포자살 같은 것)에서도

         DNA 절단 후 granulation이 나타난다.

  3)Virus농도의 정량분석(quantitative assay)

        ⅰ.virus를 포함한 준비물을 희석시켜 동물이나 cell culture, chick embryo 등에 넣는다.

                *Titer(endpoint): 50%의 host가 감염되거나 죽는 희석액(plaque형성)

                 →ID50(infective dose), LD50(lethal dose)

        ⅱ.Hemagglutination: 많은 동물바이러스들은 적혈구의 표면과 반응함으로써 적혈구를

                            응집시킬 수가 있다.

                *Titer plate에 viral suspension의 희석액을 표준용량의 적혈구세포와 섞어서

                 hemagglutination을 측정할 수 있다. maximum agglutination(응집)을 보여주는

                 highest dilution이 그 바이러스의 titer다!

▶ 출처<The source > : http://suwon2000.com.ne.kr/ : 개인홈페이지(약학자료)

▶ 원문<The original>  : http://suwon2000.com.ne.kr/docu/미생물3.hwp

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