세균과 고균
실험실에서 조건이 좋으면 대장균 한 마리는 약 20분 만에 두 마리가 됩니다.
흔한 세 가지 모양
세균은 흔히 모양으로 나누어 부릅니다. 둥근 것은 구균(coccus, 여럿이면 cocci)이고, 막대 모양인 것은 간균(bacilli)입니다. 휘어진 세균에는 이름이 여럿 있습니다. 쉼표처럼 휜 것은 비브리오, 단단한 나선 모양은 나선균이라고 합니다. 그리고 잘 휘어지는 코르크 마개뽑이 모양은 스피로헤타라고 부릅니다. 모양만 보고 종을 알 수는 없습니다. 하지만 모양은 미생물학자가 현미경을 들여다볼 때 가장 먼저 적어 두는 것 가운데 하나입니다.
세균 속에는 무엇이 있을까
세균 세포에는 핵이 없습니다. DNA는 핵양체(nucleoid)라는 부분에 모여 있고, 대부분의 세균은 고리 모양 염색체를 하나 갖고 있습니다. 다만 선 모양 염색체를 가진 예외도 있습니다. 세포질에는 단백질을 만드는 리보솜이 가득 들어 있습니다. 그 둘레를 세포막이 싸고 있고, 대부분의 세균은 그 바깥에 다시 펩티도글리칸이 든 세포벽을 갖고 있습니다. 펩티도글리칸은 당과 짧은 단백질 사슬이 그물처럼 엮인 물질입니다. 어떤 세균은 이 밖에도 세포벽 바깥에 끈적한 피막을 두르고 있습니다. 헤엄치는 데 쓰는 채찍 모양 편모를 가진 세균도 있고, 표면에 달라붙는 데 쓰는 짧은 털 모양 선모를 가진 세균도 있습니다.
이분법
대부분의 세균은 이분법(binary fission)으로 번식합니다. 하나가 둘로 나뉘는 간단한 분열입니다. 먼저 세포가 자라면서 안에 든 것을 모두 늘립니다. 염색체 복제는 복제 원점이라는 한 지점에서 시작합니다. 그리고 고리를 따라 양쪽 방향으로 진행되어, 마침내 두 벌이 완성됩니다. 그러면 FtsZ라는 단백질이 세포 가운데를 빙 둘러 모여 Z 고리를 만듭니다. 여기에 다른 단백질들이 모이고, 새 세포벽과 막이 안쪽으로 자라 들어가 칸막이가 됩니다. 결국 세포가 가운데에서 잘록해지며 두 딸세포로 나뉩니다. 딸세포는 각각 유전체를 온전히 한 벌씩 받습니다. 원핵생물의 번식은 언제나 무성 생식입니다. 그렇지만 세균은 다른 길을 통해 서로 유전자를 주고받기도 합니다.
끌어서 돌리고, 휠이나 두 손가락으로 확대하세요.
세균이 번식하는 방법이 이분법만 있는 것은 아닙니다. 어떤 남세균은 실 모양 몸을 따라 핵양체를 여럿 쌓아 둡니다. 그런 다음 한꺼번에 여러 개의 새 세포로 끊어지는데, 이것을 단편화라고 합니다. 한쪽 끝에서 가는 돌기를 내는 세균도 있습니다. 이 돌기의 끝이 부풀어 더 작은 세포가 되는데, 이것을 눈이라고 합니다. 거대 세균 에풀로피스키움은 어미 세포 안에서 딸세포 여러 개를 키웁니다. 그 뒤 어미 세포가 터지면서 딸세포들을 밖으로 내보냅니다.
세균은 실험실 밖에서 훨씬 더 큰 몫을 합니다. 남세균은 식물이나 조류와 같은 방식으로 광합성을 하며 산소를 내놓습니다. 완두와 콩의 뿌리혹에 사는 뿌리혹박테리아는 공기 중의 질소 기체를 암모니아로 바꾸고, 식물은 이 암모니아로 단백질을 만듭니다. 그 밖에도 셀 수 없이 많은 세균이 흙과 물속에서 죽은 것을 분해합니다. 병을 일으키는 세균은 그 가운데 일부입니다. 그래서 다음 단원들에서는 세균이 얼마나 빨리 늘어나는지, 그리고 과학자들이 세균을 어떻게 알아보게 되었는지를 다룹니다.
고균
고균은 현미경으로 보면 핵이 없는 단세포라서 세균과 비슷해 보입니다. 하지만 고균은 진화의 역사가 세균과 따로 이어져 왔고, 유전자, 화학, 세포벽, 막이 모두 다릅니다. 고균의 세포벽에는 펩티도글리칸이 없습니다. 일부 메탄 생성 고균은 그 대신 유사 펩티도글리칸이라는 비슷한 물질을 가집니다. 고균은 거의 모든 서식지에서 삽니다. 아주 뜨겁거나 아주 차가운 곳, 강한 산성이나 강한 염기성인 곳도 예외가 아닙니다. 옐로스톤 국립공원에 있는 온천인 모닝글로리 연못은 색색의 고리를 띱니다. 물 온도마다 서로 다른 미생물 무리가 살고 있기 때문입니다.
| 세균 | 고균 | |
|---|---|---|
| 핵 | 없음 | 없음 |
| 펩티도글리칸 | 대부분 있음 | 없음 |
| 보통 크기 | 약 1µm | 비슷함 |
| 극한 환경 | 일부 | 많음 |
- 모양: 구균(둥근 것), 간균(막대), 휘어진 것.
- 핵이 없고 DNA는 핵양체에 있음. 대부분의 세균은 펩티도글리칸 세포벽.
- 이분법: DNA 복제, FtsZ 고리, 칸막이, 두 세포.
- 고균: 펩티도글리칸 없음, 극한 환경에 많음.
| 구균 | 둥근 세균. |
| 간균 | 막대 모양 세균. |
| 핵양체 | 원핵세포에서 DNA가 있는 부분. |
| 펩티도글리칸 | 대부분의 세균 세포벽에 있는 당과 짧은 펩타이드의 그물. |
| 이분법 | 세포 하나가 같은 두 세포로 나뉘는 것. |
| FtsZ | 세포가 나뉘는 자리에 Z 고리를 만드는 단백질. |
- 막대 모양 세균은?
- 간균
- 구균
- 나선균
- 비브리오
- 세균의 DNA는 어디에 있을까?
- 핵양체
- 핵
- 세포벽
- 편모
- 대부분의 세균 세포벽에는 있지만 고균에는 없는 물질은?
- 펩티도글리칸
- 셀룰로스
- 키틴
- 케라틴
- 분열하는 세균이 잘록해지는 자리에 고리를 만드는 단백질은?
- FtsZ
- RuBisCO
- 헤모글로빈
- 근육의 액틴
- 이분법의 단계를 차례대로 놓으세요.
- 20분마다 분열하는 세포입니다. 3시간은 몇 세대일까?
- 세포 한 마리에서 시작하면 9세대 뒤에는 몇 마리일까?
- 실 모양 몸을 한꺼번에 여러 새 세포로 끊는 남세균의 번식 방법은?
- 단편화
- 출아
- 이분법
- 체세포 분열
- 고균은 어디에 살까?
- 온천과 강한 산성 환경까지 거의 모든 곳
- 사람 장 속에만
- 깊은 바다에만
- 식물 잎에만
- 원핵생물의 번식은 늘?
- 무성 생식
- 유성 생식
- 포자로만
- 감수 분열로
이 과정의 출처 (15)
- OpenStax Microbiology 1.1 What Our Ancestors Knew (fermented drink from rice, honey and fruit in Neolithic China by 7000 BC, Saccharomyces cerevisiae in bread, Leeuwenhoek 1675 "animalcules" in rain water, Golden Age of Microbiology 1857 to 1914; openstax.org/books/microbiology/pages/1-1-what-our-ancestors-knew)
- 1.3 Types of Microorganisms (about 100 µm to see with the eye, animal cell about 10 µm, bacteria about 1 µm, viruses about 100 nm, three domains, coccus/bacillus/spirillum, archaea without peptidoglycan and in extreme places such as Morning Glory pool, protists, algae, diatoms 2 to 200 µm, protozoa with cilia, flagella or pseudopods, fungi with chitin walls, more than 1000 yeast species, molds and penicillin, helminths, prions about one-tenth of a virus; .../1-3-types-of-microorganisms)
- 3.1 Spontaneous Generation (Aristotle, van Helmont's mice recipe of 3 weeks, Redi 1668 with six jars, Needham 1745, Spallanzani, Pasteur 1858 gun-cotton filter, swan-neck flasks, Alhumbert Prize 1862, 1864 lecture; .../3-1-spontaneous-generation)
- 3.2 Foundations of Modern Cell Theory (Semmelweis 1847, 10 to 20 percent vs 1 percent, chlorinated lime; Snow; Pasteur 1856 fermentation; Lister 1867 carbolic acid; Koch's postulates; .../3-2-foundations-of-modern-cell-theory)
- 6.1 Viruses (acellular, obligate intracellular parasites, DNA or RNA never both, capsid, envelope, spikes, helical/polyhedral/complex, 20 nm to 900 nm, Ivanovski 1892 with the Chamberland filter of 1884, pore 0.1 µm, Beijerinck 1898 and virus = poison, Stanley 1935, host range, bacteriophages, FDA 2006 phage spray on lunch meats; .../6-1-viruses)
- 9.1 How Microbes Grow (binary fission, FtsZ Z ring, generation time, E. coli 20 minutes, human generation 25 years, M. tuberculosis 15 to 20 hours, M. leprae 14 days, 2^48 = 281,474,976,710,656 after 24 h at 30 minutes, Nn = N0 2^n, lag/log/stationary/death, budding, fragmentation, Epulopiscium; .../9-1-how-microbes-grow)
- Royal Society: Philosophical Transactions 12:821-831, published 25 March 1677, Leeuwenhoek's Dutch letter of 9 October 1676 "concerning little animals" (doi.org/10.1098/rstl.1677.0003)
- Royal Society archive EL/L1/22 (letter to Oldenburg dated at Delft, 18 pages, partial translation by Oldenburg)
- Royal Society blog "Celebrating Leeuwenhoek", 2023 (first letter via de Graaf, Phil. Trans. 19 May 1673; 190 letters in fifty years; died 26 August 1723 aged 90)
- N. Lane 2015, Phil. Trans. R. Soc. B 370:20140344 (upwards of 1,000,000 creatures in a drop of pepper-water; letter read aloud over several sessions)
- Lens on Leeuwenhoek, letter L-040 (Oldenburg printed less than half; Hooke succeeded later in 1677)
- CDC MMWR 53(34):783, 2004, 150th Anniversary of John Snow and the Pump Handle (31 August 1854, handle removed 8 September 1854, Vibrio cholerae isolated 1883; cdc.gov/mmwr/preview/mmwrhtml/mm5334a1.htm)
- CDC History of Smallpox and Smallpox timeline (Jenner 1796; 33rd World Health Assembly declared the world free of smallpox on 8 May 1980; cdc.gov/smallpox/about/history.html)
- American Chemical Society, Discovery and Development of Penicillin landmark (Fleming 1928 at St Mary's Hospital London, paper June 1929, Florey and Chain at Oxford from 1939; acs.org/education/whatischemistry/landmarks/flemingpenicillin.html)
- Fleming 1929, Br J Exp Pathol 10:226. Sender, Fuchs and Milo 2016, PLoS Biol 14:e1002533 (3.8 × 10^13 bacteria and 3.0 × 10^13 human cells in a 70 kg reference man, ratio about 1.3, bacteria about 0.2 kg).
확인한 날: 2026-10-17