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미생물
미생물(microorganism, microbe, 微生物)은 맨눈으로는 관찰할 수 없는 작은 생물이다. 또한 미생물은 영어로 "microorganism"이라고 하는데, "micro"는 그리스어로 "작다"라는 의미이다. 미생물에 대한 관찰과 연구는 1673년 안톤 판 레이우엔훅이 현미경을 발명하면서부터 본격적으로 시작되었다. 일반적으로 진균(Fungi), 원생동물(Protozoa), 세균(Bacteria), 바이러스(Virus), 조류(Algae) 등을 포함한다.
개요[편집]
미생물은 사람의 눈으로 볼 수 있는 한계 영역을 넘어선 0.1mm 이하의 크기인 작은 생물들을 말하며, 생물체의 분류학적 의미는 없다. 따라서 세계에서 제일 큰 균류인 버섯은 예외이며, 특히 여과성 미생물이라고 하면 바이러스를 뜻한다.
미생물 하면 생각날 법한 대표적인 것들로 박테리아, 진균, 원생생물, 조류 등이 있다. 그런데 이들은 사실 생물의 세 역에 모두 걸쳐있다. 특히 세균역 전체, 고균역 전체, 진핵생물역에서는 조류와 원생동물이 이에 속한다. 당연히 현미경의 발명 전까지는 알려져 있지 않았다. 주로 단일세포 또는 균사로 몸을 이루며, 생물로서 최소의 생활단위를 유지한다. 이들은 지구상 어디에서나 습기만 있으면 살 수 있으며 생명체들과 매우 밀접한 관계에 있다.
발견과 보고[편집]
미생물의 존재는 일찍이 Girolamo Fracastoro(1478~1553)가 1546년에 눈에 보이지 않는 "전파 가능한 작은 물질"이 전염병의 원인이라고 보고한 것처럼 질병과 눈에 보이지 않는 물체에 대한 인식이 있었다. 그리고 현미경이 개발되고 Robert Hooke(1635~1703)가 버려진 빵에서 자란 곰팡이를 관찰하고 그린 것이 미생물에 대한 첫 기록이다. 그 후에 Antony van Leeuwenhoek(1632~1723)은 자신이 만든 현미경으로 주변의 물체(예: 고인 빗물)에서 움직이는 작은 생물체를 확인하고 작은 동물이라는 의미로 animalcule이라고 불렀으며 이를 1676년에 영국의 왕립학회에 보고함으로써 살아있는 미생물을 보고한 첫 인물로 기록되었다. 즉 맨 처음에는 곰팡이(진균)가 보고되었고, 다음에는 세균과 원생동물이 보고되었다. 그 후에 질병과 관련된 미생물에 대한 연구가 활발하게 진행되었으며, 주변 환경으로부터 특수한 기능을 가진 세균(예: 질소고정 세균, 광합성 세균)에 대한 연구도 왕성하게 수행됨에 따라 매우 다양한 세균과 곰팡이를 포함하여 원생생물과 미세 조류(microalgae)까지 연구대상이 확대되었다. 이들의 공통점은 오직 눈으로는 보이지 않거나 관찰이 매우 힘들 정도로 작다는 것이다. 19세기 말부터 세균보다 작은 생물체가 담배모자이크 병의 원인임을 확인하였고 후에 바이러스를 분리하고 전자현미경의 발달에 힘 입어 바이러스에 대한 연구도 활발하게 수행되었으며, "미생물"이라는 혼합집단에 바이러스도 포함되었다. 바이러스에 대하여 한동안 생물인가 무생물인가 하는 논쟁이 있었으나 "비세포성 생물체"로 정리됨에 따라 생물에 포함되었다. 바이러스는 지구상의 생물을 분류하는 가장 상위분류 기준인 3개의 도메인(domain)인 진핵생물(Eukarya), 세균(Bacterai), 고균(Archaea) 분류법과, 두번째 분류기준인 5개의 계(kingdom)인 동물, 식물, 원생생물, 진균, 세균의 분류법 (오른쪽 그림) 어디에도 포함되지 않지만 엄연히 생물에 포함된다.
미생물에 속하는 생물[편집]
미생물은 원생생물, 진균, 세균, 고균, 그리고 바이러스 모두를 포함하기 때문에, 유전적, 생리∙생화학적, 생태학적으로 매우 다양한 기능을 보이는 생물체의 집합이다. 비록 매우 다양한 생물들의 집합이지만 크기가 작은 공통점을 가졌으며 몇 가지 미생물의 크기를 비교하였다. 원핵세포인 세균과 고균 중에서 공 모양 세균(구균)은 지름이 0.8~1.0 μm이고, 막대 모양 세균은 폭(지름)이 1.0 μm 전후이고 길이는 2 μm(대장균)부터 10 μm 정도로 다양하다. 진균 중에서 단세포 생물인 효모균은 6~8 μm의 타원형이고 누룩곰팡이와 같은 실모양 세포는 지름이 평균 8 μm 전후이며 길이는 수 mm 길이까지 자란다. 바이러스는 0.02~0.8 μm로 대부분은 광학현미경으로 관찰이 불가능한 크기다.
배양과 콜로니[편집]
일반적인 방법으로 배지위에서 배양시켜 콜로니를 형성하면 그 색, 모양등으로 판단한다. 콜로니 하나에 한종만 있게 된다. 이러한 모양과 색, 냄새등을 모폴로지(Morphology)라고 하고 배양 조건에 따라 매우 다양하게 나타난다. 색 또한 흰색 노란색과 같이 일반적인 것부터 녹색 보라색과 같이 특이한 것까지 쉽게 볼 수 있다. 같은 종이라 하더라도 같은 조건하에서 2개이상의 모폴로지를 보이는 경우도 있으며 이러한 경우도 매우 쉽게 나타난다.
그러나 모든 미생물들이 콜로니를 형성하는 것은 아니다. 사실 실제로 실험실에서 배양이 가능한 미생물은 극히 드물며 순수배양이 되지 않으므로 형성하지 않으므로 실험이 거의 불가능하다. 이 경우 분리 배지에서 배양할 수 있다.
미생물의 다양성[편집]
- 지구 생물 총량의 60%를 차지하는 미생물은 지구 생태계를 유지하는 유일한 생물자원이다. 현미경하에서만 볼 수 있는 이들 미생물은 바이러스, 세균, 효모, 사상균, 원생동물, 조류(藻類)등 다종·다양하며, 동·식물 내에서는 물론 지구의 극한 환경에서도 생존, 생육이 가능하다.
- 미생물은 사람을 비롯하여 동·식물의 질병을 가져오는 병원성 미생물, 독성물질을 생산하여 식중독을 일으키는 식품독성 미생물, 의식주에 관계되는 각종 물질을 변질, 부패시키는 부패 미생물 등 유해 미생물도 있지만 주류, 장류, 김치류 등 전통 발효식품의 제조나 항생물질, 효소, 아미노산, 비타민, 생리활성 물질을 생산하거나 사람의 식품과 건강에 관련된 물질을 생산 또는 분해하는 유용 미생물도 많다. 또한 자연계는 동․식물의 사체, 배설물, 부유물질을 분해함으로써 수질 환경을 개선하고 토양을 재생하는 등 지구 환경 생태계를 유지, 보존하는 다수의 미생물로 구성되어 있다.
- 미생물은 BT산업의 핵심체로 인정받고 있으며 이들 미생물은 대형의 Bioreactor 안에서 유용물질을 생산하여 유용하게 사용될 뿐만 아니라 미생물 세포자체가 물질 생산 공장으로 이해되어 미생물 세포내에서 일어나는 생명현상의 작용기전을 조절하는 연구의 대상이 되고 있다. 현재까지 1,00여종이 넘는 미생물 유전자의 서열이 완전히 해독되어 Genomics, Proteomics, Metabolomics, Bioinformatics 분야가 관심의 초점이 되고 있다.
- 현재의 기술로 배양 가능한 지구상의 미생물은 지구 전체 미생물 종의 1%에 불과하며 99%는 살아있기는 하지만 배양할 수 없는(Viable but not culturable, VBNC) 비배양성 균주에 해당된다. 이들 배양 가능한 미생물이나 배양 불가능한 미생물이 가지고 있는 고유한 유전자원은 그 종류가 무한히 많기 때문에 인류 복지를 위한 활용가치는 무궁무진하다고 할 수 있다. 따라서 극한 환경에서도 미생물의 생명현상을 주관하는 Metagenomes의 확보는 필수적이며, 이들 정보를 정리, 분석하기 위해서는 Bioinformatics의 기술이 필요하다.
- 시료로부터 직접 추출한 DNA를 PCR법으로 표적 미생물의 유전자를 증폭하고 혼성화법을 병용하고 특이적이고 고감도 검출을 행하는 in vitro 및 in situ 혼성화를 행하여 특정 유전자 배열을 갖는 미생물 세포를 형광현미경으로 검출하는 FISH 법, 감도를 향상시키기 위해서 PCR반응을 행하는 in situ PCR법 등 보다 진전된 방법을 사용하고 있으며 in situ 법에서는 세포를 계수하여 미생물을 정량하지만 in vitro 법에서는 목적유전자를 정량적으로 평가하기 위해서 MPN-PCR법과 경합적 PCR법 등이 이용되고 있다.
- 미생물 생태계의 이용 및 분석에 관해서는 주로 미국이 주도하고 있으며 분자 생태학에 관한 수많은 노하우와 수준 높은 분자생물학적 기법을 이용하여 생물학적 환경정화는 물론 산업화 응용 연구를 활발히 추진하고 있다. 국내의 경우 미생물의 군집 분석기술을 위한 DGGE와 T-RFLP같은 분자생물학적 기법을 일부 출연연구소와 대학에서 연구, 발표한 바 있으나 아직 기초적인 수준에 머물고 있다. 또한, 국내 Bioremediation 산업은 아직 성숙되지 않았고 특정환경 내의 미생물 생태계 변화를 모니터링하는 생태학적 기술이 확립되어 있지 않다.
- 따라서 기존의 전통적 미생물균주 탐색, 육종 및 발효기술 등 축적된 미생물 분야 노하우와 최근 선진국에서 신생기술로 떠오르고 있는 분자생태학적 기술을 접목시킨다면 비교적 짧은 시간에 환경미생물의 모니터링 기술 및 이를 바탕으로 하는 Artificial consortia를 구축할 수 있는 기술 확보가 가능할 것이다. 앞으로 고밀도의 DNA microarray(DNA chip, Genome chip)를 개발, 토착환경 미생물이나 동 · 식물에 공생 또는 기생하는 미생물 등 특수환경 미생물 분야에 응용하는 연구가 필요하다.
- 유기물의 화학 에너지를 미생물을 이용하여 전기 에너지로 변환하는 생물 전기화학 시스템으로 사용하는데 이를 미생물 연료전지라고한다. 미생물 연료전지의 원리는 수소 연료전지와 유사한데, 수소 대신 유기물을 사용하고 백금 촉매 대신에 미생물을 사용한다는 점이 다르다. 미생물이 유기물을 분해하는 과정에서 발생하는 전자와 수소 이온이 양극과 음극을 오가며 전기를 발생시키게 된다.
동영상[편집]
- 미생물 크기 비교
참고자료[편집]
같이 보기[편집]
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