[일반생물학실험]항생제의 항균 활성 측정 1부

실험 목적

1. 항생제의 역할, 작용기작, 내성반응에 대하여 이해하고 각 균주에 대한 적절한 항생제의 사용법을 알아본다

2. 배지에서 균을 기르는 것과 항생제를 사용함으로 원하는 균안을 선택하는 방법에 대해서 배운다.

실험 이론 및 원리

1. 항생제

항생제는 미생물에 의하여 만들어진 물질로서, 다른 미생물의 성장이나 생명을 막는 물질을 말한다. 즉, 다른 미생물의 성장을 저해하여 항균작용을 나타내며 인체에 침입한 세균의 감염을 치료한다. 작용기전, 항균범위 등에 따라 다양하게 분류될 수 있다. 그러나 항생제 중에는 미생물에서 유래하지 않고 합성된 것도 있으며, 처음 발견은 미생물에서 하였지만 인공적으로 합성된 약물, 또는 기존 항생제의 구조 중 일부를 변경하여 만든 반합성 약물 등이 있다.

 

항생제는 작용기전 또는 항균 영역에 따라서 분류할 수 있다. 항균 영역이란 항생제가 어떤 종류의 세균에 효과적인지를 의미한다. 보통 세균을 크게 분류하면, 세균을 그람염색이라는 방법으로 염색을 했을 때 염색되는 색깔에 따라 그람 음성균 또는 그람 양성균으로 분류하고, 모양에 따라 막대 모양의 막대균, 공 모양의 알균으로 분류하며, 자라는 데 있어서 산소가 필요한 지 유무에 따라 호기성 세균, 혐기성 세균 등으로 분류하고 있다. 실제 임상에서는 그람양성 알균과 그람음성 막대균이 가장 흔하다. 그래서 항생제를 처방하는 의사들은 그람양성균에 효과적인 항생제, 그람음성균에 효과적인 항생제, 혐기성 세균에 효과적인 항생제 등으로 구분하여 항생제를 처방할 때 실용적으로 활용하고 있다.

항생제는 세균뿐만 아니라 인체 세포에도 해로울 수 있다. 그러므로 아무리 좋은 항생제라 하더라도 인체 세포에 많은 영향을 끼친다면 치료제로 사용할 수 없다. 따라서 항생제의 표적은 미생물에만 존재하거나 미생물의 성장 또는 증식에 필수적인 것이어야 하며, 인체 세포에는 없는 것이어야 한다. 이렇게 미생물에만 영향을 주는 작용을 선택적 독성이라고 한다.

항생제를 사용할 시 지속적으로 균을 죽일 수 있는 농도를 유지해 주어야 한다. 균을 완전히 죽이지 않고 항생제 사용을 중단하게 되면 항생제 내성균이 생기기 때문이다. 이러한 내성균들은 기존의 항생제로는 죽일 수 없기 때문에 계속 새로운 항생제를 사용해 주어야 한다.

 

2. 미생물이 항생제 내성을 갖게 되는 방법

1) 항생제의 기능을 못하도록 항생제 분해 효소를 만들어 항생제를 제거한다.

2) 항생제가 작용하는 부분을 미생물이 변형 시키거나 항생제가 작용하는 곳에 특정한 물질을 만들어 항생제와 결합시켜 항생제가 미생물에게 영향을 미치지 못하게 한다. 

3) 들어온 항생제를 빠르게 밖으로 배출시킨다.

 

3. 항생제의 작용기전

1) 세균 세포벽 합성 저해 항생제
세균은 인체 세포에 없는 구조인 세포벽에 둘러싸여 있는데, 세포벽 합성을 저해하는 항생제는 세균의 세포벽의 합성을 저해하여 항균작용을 나타낸다. 주로 증식 중인 세균에 대해서 작용을 나타낸다.

 

2) 세균 세포막 기능 저해 항생제
세포막의 투과성을 변화시켜 세균의 세포가 균형을 잃게 하여 죽게 한다. 세포막은 선택적 능동수송을 수행함으로써 세포 내 구성물질을 조절하는데, 이러한 투과성이 변화되면 고분자 물질이나 이온들이 세포 밖으로 빠져 나와 세포가 죽게 된다.

 

3) 단백질 합성 저해 항생제
세균과 사람의 리보솜*이 구조적으로 다르기 때문에 세균의 리보솜에 선택적으로 작용하여 단백질의 합성을 저해함으로써 세균의 증식을 억제해 항균작용을 나타난다.

 

4) 핵산 합성 저해 항생제
DNA의 전사 및 RNA 형성을 방해하여 항균작용을 나타낸다.

 

5) 엽산 합성 저해 항생제
사람은 엽산이 인체에서 생합성되지 않아 음식을 통해 외부로부터 섭취해야 하지만 세균은 내부에서 스스로 생합성하여 사용한다. 엽산의 합성에 작용하는 효소를 저해하는 약물은 인체에는 영향을 미치지 않으면서 세균의 증식을 억제해 항균작용을 나타낸다.

 

4. 도말

미생물의 도말은 고체배지 위에 균액을 접하여 배양시키는 방법으로써 그 목적은 singlecolony를 얻는데 있다.

1) Streaking – 분리 배양한 세균을 확인 실험하기 위해서 보통 배지 위에 특정 콜로니 하나만 따서 배양함

      Streaking            Spreading

2) Spreading – 배양한 세균의 정량을 측정하기 위한 실험에 주로 사용되며 배양 후 생성된 콜로니의 수를 정확하게 계산하기 위해서 배양함

5. 페트리디쉬를 뒤집어 보관하는 이유

페트리디쉬에는 적절한 공기의 유입을 위해 밑부분과 뚜껑 사이에 적당한 간격이 있는데 이 공기의 유입은 세균의(호기성, 통성호기성) 성장에 매우 중요한 요건으로 바로 놓았을 때보다 뒤집었을 때 공기의 유입이 더 용이하게 되기 때문이다.

 

6. 세균학적 검사

미생물학적 검사의 하나이다. 실제로는 4단계로 나누어 실시한다. 질환의 진단, 치료, 예후를 확립하기 위해서 병의 원인으로 의심되는 세균을 조사, 검사하는 일이다.

1) 현미경검사: 도말한 표본을 염색하거나 또는 그대로 실시

2) 배양검사: 병소에서 얻은 자료를 적당한 배양지에 도포하여 37℃, 그 밖의 온도로 배양하여 독립의 집락을 분리 관찰

3) 동정검사: 분리된 균이 어떠한 종류의 것인가를 생물학적, 생화학적, 면역학적 성상에 따라서 결정

4) 약제감수성 검사: 분리된 균에 대하여 어떠한 화학요법제가 유효한가를 조사

 

7. 식품의 세균학적 검사

1) 식품의 세균검사를 통해 식품의 부패 정도 확인과 병원성 미생물 오염가능성이 있는 비위생적인 식품을 판단하는 지표로 삼을 수 있다.

2) 배양된 미생물의 종류를 살펴본 후 배양된 형태나 집락 색깔을 보고 예측한다.

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