[일반생물학실험]세균의 형태 관찰 2부






실험 이론 및 원리 - 2


4. 대표적인 구균과 그 질병

1) Staphylococcus aureus (황색포도상구균)

포도송이와 같은 형태를 하고 있으므로 포도상구균이라 한다, 배지에서는 선명한 황금색을 띄며 대표적인 화농균으로 entertotoix 이라는 독소를 생성하는 식중독의 원인균이기도 하다. 포도상구균 중에서도 내식염성(10～15%)을 나타낸다. 호모로는 코아귤라아제, 핵산분해 효소, 페니실나아제, 기타 섬유소융해효소, 히알우론산 분해효소 등을 생산한다. 


독소로는 엔테로톡신, 용혈독, 피부박탈독소, 백혈구 사멸독 등을 생산한다. 병원성으로는 화농, 식중독, 균교대증 (경구성 항생제를 소아에게 투여하면 균교대증이 생기고 장관을 병발하는 일이 있다.) 황색포도상구균의 형별로는 혈청혈벌, 코아귤라아제형별, 파아지 형벌법이 있지만 공중위생상 파아지형별이 가장 이용 되고 있다. 치료제로는 페니실린계제, 페니실나아제, 생산균에 대해서 메티실린, 옥사실린 세팔로스폴린계제등이 있다.



2) 포도상구균성 폐렴

건강한 사람의 호흡계에 포도상구균(staphylococci)이 병을 일으키는 사례는 흔치않다. 그러나 대상자가 외과 수술을 받았거나 화상을 입었을 때나, 항 미생물 치료로 받고 있는 중이라면 감염하여 폐렴을 일으킨다. 따라서 포도상구균성 폐렴(Staphylococcal pne㎛onia)의 감염은 2살 이하의 어린아이들이나 바이러스에 쉽게 감염될 수 있는 상태인 사람을 제외한 보통사람들은 쉽게 일어나지 않는다. 그러나 유아는 출산 후 짧은 기간 동안 staphylococci가 군체 화되어 감염될 수 있다. 


staphylococci의 감염은 외생적이나 내생적으로 이루어질 수 있으므로 병원환경도 S. aureus의 중요한 저장소가 될 수 있고, 외생적으로는 건강한 사람이라도 환자를 돌보거나 운반하는 일을 하는 사람의 경우 감염될 수 있다. 포도상구균성 폐렴으로 인한 염증반응은 보통은 나타나지 않지만 부종이나 종기가 형성되면 수 시간 내에 죽음의 원인이 될 만큼 위중하다. 전에는 S. pne㎛onia의 치료를 위하여 페니실린이나 메치실린(methicillin)을 사용하였으나 지금은 이들 약에 대하여 저항 균이 많이 발생하여 벤코마이신 (Vancomycin)으로 치료한다.



3) 포도상구균 식중독

포도상구균 식중독(Staphylococcal food poisoning)은 미국에서 주로 발생하는 식중독이다. 부적절하게 보관되거나 조리된 음식, 특히 햄, 가공된 고기, 닭고기, 아이스크림 등을 섭취하여 유발된다. 황색포도상구균(Staphylococcus aureus)은 그람양성 구균으로 열, 건조와 자외선에 아주 강하다. 비강이나 피부와 전세계의 다른 포유류에서 발견되며 쉽게 음식에 들어간다. 음식에 들어가 번식하면 열에 안정적인 장독소를 분비하여 보기에는 이상이 없더라도 음식을 이상하게 만든다. 세균이 독소를 생산하면 음식을 철저히 요리하여 세균을 없애더라도 독소는 파괴하지 못한다. 


6종류의 장독소가 밝혀저셔 A, B ,C1 ,C2 ,D ,E로 지정했다. 이 독소들은 신경독소로 구토를 유발한다. 일부는 수퍼항원으로 IL-2와 다른 림포카인의 분비를 유도한다. 전형적인 증상은 심한복통, 경련, 설사, 구토와 구역이다. 증상의 시작은 빠르며(1～8시간) 짧다. 포도상구균 식중독에 의한 사망은 건강한 사람의 경우 거의 없다. 증상과 음식에서 세균을 검사해 진단한다. 장독소는 동물독성 실험에 의해 음식에서 검출 할 수 있다. 수분과 전해질 공급으로 치료한다. 음식 오염을 피하고 음식을 조리하는 사람을 관리하여 예방과 조절을 한다.

 

4) 연쇄상구균(Streptococcus)

연쇄상구균속(Streptococcus)은 크고 복잡하다. 보통 화농성 연쇄상구균, 구강연쇄상구균, 혐기성 연쇄상구균, 그 밖의 연쇄상구균 등 네 가지 분류로 나눈다. 스트렙(Strep)이라고도 부르는 연쇄상구균은 다양한 그람 양성균이다.


화농사슬구균(S. pyogenes)중요한 병원균으로 여러 혈청이 숙주분자를 파괴하는 세포외 효소, 철전을 용해하는 숙주혈액인자를 활성화시키는 효소인 스트렙토키나제(Streptokinase), 백혈구를 죽이는 세포용해소인 스트렙토라이신O (Streptolysin O)와 스트렙토라이신S(Streptolysin S) 식장용을 방해하는 협막과 단백질(M)등을 생성한다.


화농연쇄상구균은 인간에 널리 퍼져 있으나 대부분은 무증상의 보균자이다. 급성감염자는 호흡기 비말이나 직접 또는 간접 접촉에 의해 병원균을 전파한다. 페니실린이나 에리스로 마이신으로 치료한다. 아주많은 혈청형이 존재하기 때문에 연쇄상구균성 폐렴과 다른 연쇄상구균성 질병에 대한 백신은 없다. 최고의 통제방법은 세균의 전파를 막는 것이다.


 

5) 봉와직염

봉와직염은(cellulitis) 피부피하 조직에 분산되어 퍼지는 감염이다. 수반하는 염증은 국소적인 홍반과 부종이 특징적으로 나타난다. 화농연쇄상구균에 의해 가장 빈번히 진단되는 피부감염은 농가진(impetigo, 농가진은 황색포도상구균에 의해서도 감염된다.)이다. 


농가진은 피부상층감염으로 어린이에게 자주 감염되며 주로 얼굴에 나타나고 붉은 경계선으로 둘러싸인 딱딱한 병변과 소포(Vesicle) 증상을 보인다. 페니실린으로 치료하거나 페니실린 알레르기가 있으면 에리스로마이신으로 치료한다.


 

6) 연쇄상구균성 인후염

연쇄상구균성 인후염은 인간에게 가장 흔한 세균성 질환으로 일반적으로 스트렙 인후염으로 부른다. 목구멍(인두염)이나 편도(편도염)에서 연쇄상구균은 염증반응과 백혈구와 적혈구의 용혈을 자극한다. 또한 목구멍의 빨개짐 부족과 림프절 비대 등이 나타난다. 속성진단키트가 여러 개 있으며 합병증이 없다면 일주일 정도에 자연 치유 된다. 


페니실린G나 에리스로 마이신으로 치료하면 감염기간과 임상기간을 줄일 수 있으며 어린이 경우에는 사구체 신염과 류마티스열을 방지하는 것이 중요하다. 성인이나 청소년은 성장기 동안 접한 여러 혈청형에 대한 항체 때문에 병이 걸리지 않으며 증상도 가볍다. 깨끗이 씻는 것으로 병을 예방하거나 조절한다.

 

7) 연쇄상구균의 수직감염

여성이 임신을 하게 되면 연쇄상 구균B형 검사를 하게 된다. 박테리아성 연쇄상 구균 B형은 보통 어른에게 발견이 된다. 이는 엄마로부터 아기에게로 전염 되는 수직감염이라는 문제를 가지고 있다. 보통 이 병이 위험한 이유는 감염이 된 후에 여러 해가 지나고 나서 다시 증상이 나타나기 때문이다. 현재 그 치료법에 대해서는 여러 가지 방법이 제시되고 있습니다. 이 병의 세균 이 질병은 주로 직장이나 질에 감염되어 아기에게 수직감염을 유발하고, 보통 임신한 여성의 3분의 1정도, 성인의 10～35% 정도가 걸려 있다. 



성인에서 전염되는 경우에도 별로 해가 없지만 아기들의 경우 연쇄상 구균의 감염 징후가 나타나면 매우 위험한데 신생아의 약 6% 정도가 사망하고 있다. 이 질환은 심각한 증상으로 발전 할 수 있다. 이는 뇌막염과 패혈증, 세균성 감염 등의 일반적인 원인이 되고 있는데 이는 유아 폐렴의 흔한 원인이 되기도 한다. 또한 요도 감염이나 자궁 질환 및 사산아를 출산 할 수 있다.


다행스럽게도 이 질환은 여러 검사들을 통해 쉽게 확인 될 수 있으며 또한 발견 되었을 경우 적절한 항생제 치료를 통해서 예방할 수 있다. 이 병의 약 80%가 생후 첫 일주일 동안 증상과 함께 나타나게 된다. 임신한 여성이 연쇄상 구균 B형에 걸렸을 때는 아래의 여러 가지 요소가 위험을 더욱 가중 시킨다.


① 아기를 조기 출산한 여성(36주 전에 출산한 경우 )

② 양수가 빨리 나오게 되었을 때

③ 아기를 출산할 때 18시간 혹은 그 이상 걸렸을 경우(양막의 파열과 아기의 출산 사이에서)


출산 과정에서 산모의 열이 38 도가 넘었을 경우 모든 경우 신생아의 첫 일주일 안에만 연쇄상 구균 질환이 발전 하는 것은 아니다. 사실 초기 발병만큼이나 위험한 것은 늦은 시기의 감염으로 보통 생후 일주일부터 3달 까지 언제든지 발병할 수 있다. 생후 1주일에서 3달까지의 시기에 발병하는 이 감염의 절반은 보통 출산 시 산모를 통해서 감염되며, 그 반 정도의 원인은 아직도 밝혀 지지 않았다.

 

8) 그 외 태아를 병들게 하는 감염성 질병

① 임신중 태반을 통해 감염되는 경우

태반은 모체에서 태아에게로 해로운 물질이 전달되는 것을 막아주는 필터 역할을 한다고 알려져 있다. 그렇다고 해서 태반이 유해 성분을 100% 걸러내는 것은 아니다. 풍진과 매독, 에이즈, 거대 세포 바이러스, 톡소플라즈마 등은 태반을 통해 뱃속의 아기에게도 감염된다.


② 풍진 바이러스

풍진은 바이러스에 의해 감염되며 전염성이 있는 질환이다. 주로 풍진 바이러스가 유행할 때 공기를 통해 감염되거나, 풍진에 걸린 사람과의 직·간접적인 접촉으로 호흡기 점막에 바이러스가 침입해 발병하게 된다.



풍진은 과거에는 가벼운 발진 정도로 치부되었으나, 1941년 호주의 안과 의사인 그레그(Gregg)가 임신부의 풍진 감염과 신생아 백내장과의 관계를 발표한 뒤 임신 초기에 여성이 풍진에 걸리면 선천성 기형아를 출산할 수 있다는 사실이 알려져 주목받는 질환이 되었다.


③ 매독균 - 매독은 '트레포네마 팔리둠'이라는 세균에 의해 감염되는 병이다. 매독균도 태반을 통해 태아에게 침투하는데, 과거에는 매독이 태아 사망 원인의 1/3을 차지하기도 했다. 현재 매독 검사는 모자보건법에 따라 임신부가 의무적으로 받아야 하는 검사이며, 임신 초기에 병원에서 실시하는 혈액 검사를 통해 감염 여부를 비교적 빨리 알아낼 수 있고, 다행히 페니실린을 주사하면 대부분 치료가 된다.


④ 에이즈 바이러스 - 에이즈 바이러스(HIV)도 태반을 통해서 태아에게 감염될 수 있다. 성인들과는 달리 감염된 아기 가운데 1/3은 2년 이내에 증상이 나타난다. 우리나라에서는 1995년 에이즈에 걸린 엄마에게서 '수직 감염'된 사례가 처음 확인되었고, 99년에 감기 폐렴 증세로 병원에 입원한 어린이가 검사 결과 엄마로부터 선천적으로 에이즈에 감염된 것으로 밝혀졌다.



⑤ 거대 세포 바이러스 - 거대 세포 바이러스 감염은 자궁 내 태아 감염 중 가장 흔한 원인이다. 거대 세포 바이러스는 헤르페스 바이러스군의 일종으로, 성 접촉이 중요한 감염 통로이다. 이 바이러스가 태반을 통해 태아의 장기나 세포에 침입하면 정상 세포의 10배나 되는 거대 세포가 생성되어 아기에게 뇌성마비, 정신지체, 시각 장애, 청각 장애 같은 심각한 질환을 유발할 수 있다.


⑥ 톡소플라즈마 - 척추동물에 기생하는 톡소플라즈마라는 기생충이 있다. 톡소플라즈마증은 흔히 돼지, 소, 양 같은 가축의 날고기나 고양이 배설물을 통해 감염된다. 감염된 임신부는 대부분 특별한 증상 없이 발열, 피로, 근육통, 임파선이 붓는 양상을 보인다. 임신 전에 톡소플라즈마에 감염된 경우에는 문제가 되지 않지만, 임신 중에 감염되면 사람의 적혈구 크기 만한 원충이 태반을 통해 들어가 태아에게 심각한 영향을 미친다. 물론 이미 모체에 면역이 있는 경우에는 원충이 태반을 통과하지 못한다.


⑦ 분만 전후 산도에서 감염되는 경우

일명 '산도 감염'이라고 부르는 경우다. 모체의 산도에 있던 병원균이나 혈액, 분비물에 의해 분만 도중 아기에게 감염된다. 간염이나 헤르페스, 연쇄상구균 등이 대표적인 예다.


⑧ 간염 - 태아가 자궁 속에서 모체로부터 간염에 감염되는 경우는 매우 드물다. 그보다는 분만 과정에서 엄마의 혈액이나 분비물을 통해 감염된다. 엄마가 B형 간염 보균자라도 출생 후 12시간 이내에 신생아에게 면역 글로불린과 간염 백신 주사를 놓고 나중에 두 번 더 백신을 투여하면 90% 이상은 감염을 예방할 수가 있다. 그러나 나머지 10%의 아기는 결국 보균자가 된다.


⑨ 헤르페스 - 성기에 생기는 헤르페스는 접촉성 바이러스 질환으로, 흔한 성병 중의 하나다. 성 관계를 통해 전염되므로 반드시 배우자(증상이 없더라도)와 함께 치료를 받아야 한다. 헤르페스 바이러스의 감염 여부는 간단한 혈액 검사로 쉽게 알 수 있다.


5. 염색법

염색되지 않은 미생물, 특히 세균은 그들의 빛을 투과하는 특성 때문에 광학현미경으로 관찰하기가 어렵다. 이러한 문제를 극복하기 위해서 여러 가지 염색방법이 개발되어 왔다. 대부분의 세균은 생물학적 염료에 의해서 쉽게 염색된다. 생물학적 염료는 발색단 이온을 포함하는 유기화합물이다. 


발색단 이온은 생물학적인 염료의 색깔이 있는 부분을 말하며 이는 양전하 또는 음전하를 갖고 있다. 세균세포는 음전기를 띠기 때문에 양전기를 띤 발색단 이온을 가지는 생물학적 염료는 세균을 염색하는데 매우 효과적이다. 양전하를 띠는 발색단 이온을 가지는 생물학적인 염료를 염기성 염료라 부른다. 산성 염료는 음전하를 띠는 발색단 이온을 갖는 생물학적 염료이다.


특이한 세포구조(ex, 세포벽, 캡슐, 세포내 과립 등)의 존재 뿐 아니라 형태, 크기, 세포의 배열 같은 특징을 구별하기 위하여 여러 가지 염색방법이 개발되었다. 세포를 염색하기 위해서 한 가지의 생물학적인 염료를 사용하는 것을 단순염색이라 하고, 세균을 구분하기 위하여 두 가지 이상의 생물학적인 염료를 사용하는 것을 분별염색 이라고 한다.


염색을 하지 않고 액체상태의 시료를 현미경으로 관찰하는 것은 여러 가지 측면에서 한계가 있는데, 단지 세균 전체의 형태학적 특성은 식별 될 수 있으나 세포의 주된 구조물은 일반적으로 특히 밝은 조명하에서 식별이 어렵거나 혹은 전혀 볼 수 없다. 염색은 편모와 캡슐 같은 세포의 구조적 특성을 증진시키기 위해 사용될 수 있으며 세포의 어떤 화학적 성분에 대한 친화성을 근거하여 미지의 생물체를 동정하기에 유용하다.


1) 도말준비

염색은 깨끗한 현미경 슬라이드 상에 퍼져 있는 세균 현탁액의 도말에 통상적으로 행해진다. 현탁액은 고체배지상의 집락으로부터 직접 소량을 떼어내어 슬라이드 상에 위치한 한 방울의 물과 섞여서 만든다. 현탁액 슬라이드 상에 말렸을 때 거의 볼 수 없을 정도의 투명한 막을 얻기 위해서 얇고 고르게 도포한다. 시료는 공기 중에서 말리고 불꽃에 2～3회 통과시켜 세균을 슬라이드에 고정시킨다.


도말은 격자선반 위에 현미경 슬라이드를 놓고 적절한 염색용액을 부어서 염색시킨다. 슬라이드는 몇 초 부터 몇 분까지의 정해진 시간동안 방치시킨다. 과도한 염색용액은 부드럽게 흐르는 물 아래 슬라이드를 놓아두어 완전히 씻어낸다. 염색된 시료는 흡습지로 물기를 제거하거나 마르도록 방치하여 현미경하에서 직접 관찰한다. 세균세포가 크리스탈 바이올렛과 메틸렌 블루 같은 염색약에 염색 되었을 때 염색이 안 된 배경에 비해 뚜렷하게 보인다.


 

2) 그람염색 (Gram staining)

이것은 아마도 세균 분리균에 대한 일차적 동정에서 가장 평범하게 사용되는 염색이다. 이 방법은 차별적인 이중의 염색기법을 수반한다. 도말은 먼저 크리스탈 바이올렛으로 처리한 후 요오드 용액으로 고정한다. 그 후 슬라이드를 알코올로 씻어내고 역염색으로 다른 색깔의의 2차염색을 행한다. 일부 세균 속은 알코올로 닦을 때 크리스탈 바이올렛을 그대로 갖고 있으며 역염색에 영향을 받지 않아 현미경 하에서 검사 시 청색이나 청자색을 나타내는데 이런 종류를 그람양성(Gram positive)이라 한다. 


다른 종류는 알코올로 닦을 때 크리스탈 바이올렛 염료를 잃고 역염색의 붉은색이나 핑크색으로 염색되는데 이런 종류를 그람음성(Gram negative)이라 한다. 이 분별염색은 세포벽의 화학적 구조에 의존하며, 염색의 유용성은 세균이 그람염색에 의하여 두 가지 군으로 나누어진다는 사실에 있으며 이는 미지의 균주를 동정하는 최초 단계에서 많은 종류의 속을 배제할 수 있게 한다. 일부 종은 확실히 그람염색 다양성이며 다른 것들도 주의하여 1.5일 내지 2일 사이의 배양으로부터 도말을 만들지 않으면 그람염색 다양성이 생겨날 수 있다.

 

3) 염색시약

① 메틸렌블루 : 염기성 염색약으로 푸른색을 띄는 방향족 화합물, 이온화 되면 푸른색을 나타내는 이온 (+)전하를 띄게 된다. 따라서 핵 안의 DNA (-전하)에 잘 끌린다. 주로 동물세포의 핵을 염색하는데 사용한다. 0.3g의 메틸렌 블루를 30㎖의 에탄올에 95%녹인 후 100㎖의 증류수를 첨가한다.



② 아세트산카민 : 카민은 곤충에서 추출된 염기성 염색약으로 카민 1g을 45%아세트산에 넣고 끓이면서 용해시킨다. 실온까지 충분히 식혀 여과한 다음 4℃에서 보관한다. 오랜시간 보관이 가능하며 염화철을 넣어주면 효과가 강해진다.


③ 크리스탈 바이올렛 : 보라색의 색소 중에서 순수한 결정으로 최초로 얻어진 것이다. 디메틸아닐린과 포스겐을 염화아연을 촉매로 하여 축합하여 얻는다. 견뢰한 염료는 아니지만 색깔이 선명하고 값이 싸므로 명주, 양모 등의 염색 외에 색연필 잉크 등의 착색에 이용된다. 또는 pH1.5부근에서 산형 녹색으로 부터 염기형의 푸른색으로 변하므로 산염기의 지시약으로 사용된다.


일반적으로 메틸렌블루는 동물세포를 아세트산카민 용액은 식물세포를 염색하는데 사용되는데 그 이유는 메틸렌블루는 푸른색으로, 아세트산 카민용액은 붉은색으로 염색된다는데 차이가 있다. 녹색의 엽록체를 가지고 있는 식물세포에서 붉은색이 관찰하기 쉽고 붉은색 적혈구를 가지고 있는 동물세포에서 푸른색이 관찰되기 쉽다.


④ 유침 (Oil - immersion)의 기능

1000x 이상의 고배율 관찰에는 유침이 필요하다. 대물렌즈가 고배율 일수록 빛이 들어올 수 있는 렌즈 면은 작아지므로 현미경시야는 어두워진다. 그러나 슬라이드 글라스에서 빛이 공기 중으로 나와 대물렌즈로 들어올 때, 빛의 굴절을 없게 하여 빛을 전부 대물렌즈로 들어오게 한다면 시야를 더욱 밝게 할 수 있다.



유침은 슬라이드 글라스와 굴절률이 동일하므로 만일 기름을 슬라이드 글라스와 대물렌즈 사이의 공간에 떨어뜨려 채워주면 빛이 산란되지 않고 모두 대물렌즈 사시의 공간에 떨어뜨려 채워주면 빛이 산란되지 않고 모두 대물렌즈 안으로 들어오게 된다. 이때 시야는 더욱 밝아지고 상이 분명해진다.

 

6. 이명법

이명법은 오늘날 생물학에서 보편적으로 채택되어 있다. 이 체계를 사용하여 전 세계의 과학자들은 같은 이름으로 같은 생물체를 지칭한다. 린네는 각 종에 하는 종 자신을 동정하고 다른 하나는 그것이 속하는 속을 나타내는 두 개의 이름을 부여하였다. 속(genus)은 밀접히 연관된 종들의 집단이다. 많은 경우에 종의 이름 끝에 처음 명명한 분류학자의 이름이 붙여진다. 


따라서 Homo sapiens Linnaeus가 현생 인간 종의 이름이다. Homo는 종이 속하는 속이고, sapiens는 종을 지칭한다. Linnaeus가 종명 sapiens를 제안하였다. 속명인 Homo는 성에 해당하고 종명인 sapiens는 이름에 해당한다고 생각할 수 있다. 속명은 항상 대문자로 시작하지만 종명은 항상 소문자로 시작한다. 속명과 종명은 이탤릭체로 표기하지만 일반명은 그렇지 않다.



한 속에서 각각을 지칭하지 않은 채 두 종 이상의 이름을 지칭하고자 할 때는 속명 다음에‘spp.’라는 약자를 사용한다. (예를 들어, ‘Drosopbila spp.' 는 Drosopbila 속의 두 종 이상을 의미한다.) 종명을 확실히 동정할 수 없을 때는 속명 다음에 약자 'sp.'한번만 쓰고 그 이후에는 첫 자만 줄여 사용한다. (예를 들어, E coli는 Escbericbia coli의 생략형이다.) 








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