미생물학 Chapter 5 [기초지식편]

I. 세균의 영양

 세균은 발육, 증식 하기 위하여 외계에서 필요한 영양소를 취하고 이것을 분해하여 에너지를 얻고 있다.

또한 그 분해산물을 이용하여 자기균체 성분을 합성하고 있다.

 

 1. 영양소

  1) 무기염류

탄소, 황, 인 등이 필요하며 특히 인은 인산염으로서 세포에 흡수되며 ATP, 핵산, NAD(nicotinamide adenine dinucleotide), flavin 등의 성분으로서 중요하다.

 효소의 활성화에는 마그네슘, 철, 칼륨, 칼슘 등의 양이온이 염소, 황화수소, 인산 등의 음이온이 불가결하다. 이러한 것은 흔히 사용되는 배지에 함유되어 있으므로 특히 첨가할 필요는 없다.

 

 2) 탄소원

 탄소원의 대부분은 에너지원으로써 이용되며, 이것으로 세균내 물질이 합성된다. 탄소원은 요구도에 따라 크게 두 그룹으로 나누어질 수 있다. 유기영양균은 탄소원으로 CO2를 사용할 수 없지만 글루코오스와 같은 유기물 형성에 필요로 한다. 병원성 세균은 거의 모두 유기영양균이며 포도당 등의 당류를 주로 이용하고 citric acid, tartaric acid, malic acid 등의 유기산이나 alcohol도 탄소원이 되고 있다.

 세균의 소량의 CO2를 취하여 이용하고 있으며 특히 증식을 개시할 때에 CO2를 필요로 한다. CO2를 완전히 제거하면 거의 모든 세균에서 발육이 정지된다. 임균, 수막염균, 혐기성균의 대부분은 5~10%의 CO2가 있어야 발육이 촉진된다.

무기영양균은 CO2를 유일한 탄소원으로 사용하며 유기대사물질의 탄소 골격을 만든다. 그리고 단지 물과 무기염을 필요로 하며 에너지에 필요한 CO2는 빛과 무기 물질의 산화로부터 얻는다.

 

3) 질소원

 균체 성분은 대부분 단백질로 구성되어 있다. 세균의 증식에는 다량의 질소원이 필요하다. 세균의 종류에 따라서 이용되는 질소원의 형태가 다르다. 대부분의 병원성 세균은 각종 amino acid, peptone, protein 등의 유기질소 화합물을 질소원으로 이용한다. 대장균, Salmonella 등의 장내세균은 질산염, 아질산염, ammonium염 등의 무기질소를 이용할 수가 있다.

 

4) 발육인자

 대부분의 세균은 앞서 말한 탄소원, 질소원, 무기염류를 적당히 배합한 인공배지에 증식시킬 수가 있다. 그러나 몇몇 미량 유기화합물을 공급하지 않으면 발육하지 않는 균종이 있다. 이 유기화합물을 발육인자 또는 세균 비타민이라 한다. Vitamin B1, B2, B6, B12, thiamine, nicotinic acid, pantothenic acid, folic acid, pyridoxin riboflvin, thioctic acid, biotin 등이 있다. 세균의 생합성의 차이에 따라 발육인자의 요구성은 달라진다. Haemophlius속은 발육인자로서 X인자(hemin), V인자(NAD)의 양쪽, 혹은 어느 한쪽이 요구된다.

 

 5) 물

 세균세포의 수분 함유량은 75~85%라고 한다. 모든 생물에서 수분은 증식을 위하여 필요하다.

 

2. 증식과 환경

 세균이 증식하려면 발육에 적합한 물리적 환경조건이 필요하다.

 

 1) 온도

 세균이 발육할 수 있는 온도는 균의 종류에 따라 큰 차이가 있다. 발육 증식에 가장 적합한 온도를 최적 발육온도라고 한다. 최적 발육온도에 따라 세균을 3분류로 나눌 수 있다.

 1. 저온 세균(12~18도) ex) 바다 밑의 물속에 사는균

 2. 중온 세균(30~37도) ex) 대부분의 병원성 세균

 3. 고온 세균(55~60도) ex) 온천수 등 토양에 사는균

병원성 세균의 대부분은 사람의 체온(36.5도) 전후에 최적온도를 갖는 중온 세균이다. 자연계에서 자유생활군은 저온균에 속하는 것이 많다. 임균이나 수막염균과 같이 증식온도의 폭이 35~37도와 같이 폭이 대단히 좁은 것에서부터 포도상구균, Bacillus와 같이 10도 전후에서 45도의 넓은 폭을 갖는 것도 있다. 저온균에 의하여 수혈용 혈액, 혈장, 식품 등이 냉장고 내에서도 부패할 수 도 있다.

 

2) 수소이온 농도 pH

 세균에는 각기 발육에 적합한 pH가 있다. 이것을 최적 pH라 한다. 병원성 세균의 최적 pH는 대개가 약 알칼리성(pH 7.0~7.6) 이다. 유산간균, 진균, 결핵균은 산성(pH 5.0~6.0), 콜레라균, 장염 비브리오는 알칼리성(pH 7.6~8.2), Legionella 균종은 pH 6.9±0.05이다. 배지를 만들 때 배지의 pH는 목적 균에 맞게 조정해야 한다.

 

3) 산소

 유리 산소의 유무에 따라 세균의 증식은 심한 영향을 받는다. 산소의 요구성에 따라 다음의 4군으로 나눈다.

 1. 편성호기성균 : 산소가 절대 필요한균을 말하며 호기적 산화에 의해 에너지를 얻고 있다. 일반적으로 cytochrome oxidase, catalase 양성이다. 녹농균, Bacillus, 결핵균 등이 포함된다.

 2. 통성혐기성균 : 산소와 관계없이 발육되는 균을 말하며 산소가 있는 경우는 호흡에 의하여, 산소가 없는 경우는 발효에 의하여 에너지를 얻고 있다. 산소가 있으면 증식이 왕성하다. 장내세균, 기타 많은 종류의 병원성 세균이 이 그룹에 포함된다.

3. 편성혐기성균 : 산소가 있으면 발육이 안 되고 산소가 유해하게 작용하여 사멸되는 균주를 말한다. 흔히 혐기성균이라고 부른다.

4. 미호기성균 : 미량의 산소가 있는 상테에서 발육하는 균주를 말한다. 산소가 많으면 증식이 억제된다.

 

4) 이산화탄소

 병원성 세균 중에는 CO2가 없으면 발육할 수 없는 균종도 있다. Brucella abortus는 5~10%의 CO2가 발육에 꼭 필요하다. 임균, 수막염균, 디프테리아균, 인플루엔자균, Streptococcus, 혐기성균의 대부분은 5~10%의 CO2 존재하에서 발육이 촉진된다.

 

5) 습도

 세균의 발육에는 적당한 습도가 필요하다. 건조한 상태에서는 아포이외에는 사멸한다.

  * 우리 일상 생활에 습한 곳에 곰팡이 피고 썩고 하는것들이 다~ 이러한 이유입니다 *

 

6) 삼투압

 세균의 세포질은 일정한 삼투압을 갖고 있다. 외계의 삼투압이 높거나 낮으면 용균되어 사멸한다. RBC인 경우 물이나 저장액 속에 넣으면 세포 내부의 삼투압 평형을 이루기 위하여 물이 혈구 속으로 들어가 팽창해지면 용혈 현상을 나타낸다.

 

7) 산화환원 전위

 보통 배지의 Eh는 pH 7.0에서 +0.2~+0.4 V이다. 호기성균은 충분히 발육되지만 혐기성균은 -0.2V 이하가 아니면 발육하지 않는다. 배지내의 산소를 제거하거나 환원제를 넣어 Eh를 낮출 필요가 있다. 균이 증식하면 Eh는 낮아진다. 

호기성균이 증식하면 Eh가 저하하며, 2차적으로 혐기성균이 증식하기 쉽게 된다. 이것은 임상적으로 중요한 의미를 가지며, 복강내 농양, 폐 화농증 등에서 호기성균과 혐기성균의 복수감염이 일어나기 쉽다. 이것을 2상성 감염이라고도 한다.