[미생물학실험]세포의 관찰 2부

실험 이론 및 원리 - 2

7. 슈퍼박테리아

강력한 항생제에도 죽지 않는 박테리아이다. 항생제의 잦은 사용에 병원균 스스로 저항할 수 있는 힘을 길러 그 내성이 점차로 강해져 어떤 항생제에도 저항할 수 있게 되었다.

 

8. 효모

곰팡이나 버섯 무리이지만 균사가 없고, 광합성능이나 운동성도 가지지 않는 단세포 생물의 총칭이다. 전형적인 효모는 출아에 의해 증식하는 크기 8 ㎛의 타원형 ·구형인 세포이다. 효모의 어원은 그리스어로 ‘끓는다’는 뜻을 가지며, 이것은 효모에 의한 발효 중에 이산화탄소가 생겨 거품이 많이 생기는 것에서 유래한다.

대부분 토양 속에 살지 않으며 꽃의 꿀샘이나 과실의 표면과 같은 당농도가 높은 곳에 많이 생육하고 있다. 당을 발효시켜 에탄올과 이산화탄소를 생산하는 능력을 가진 것이 많다. 이 성질은 맥주의 제조나 빵의 발효에 이용되고 있으며, 기원전 수천년경에 이미 상당히 완성된 형태로 행해졌던 것이 바빌로니아의 고도 발굴이나 로제타석(石), 이집트의 유적 연구 등에서 확인되었다. 과실주와 같은 간단한 술은 더 일찍 만들어졌고, 부모로부터 자식에게 전승되었던 것으로 추정된다.

 

효모 자체는 값싼 지방 ·단백질원으로 사료에 사용된다. 비타민 B군을 풍부하게 함유하고, 또 비타민 D를 함유하는 것도 있으며, 의약품 공업에도 사용되고 있다. 효모를 처음으로 관찰한 것은 현미경의 발명자 A.레벤후크이며, 1680년 맥주효모를 발견하였다. 그러나 효모 발효의 생물학적 의의가 알려진 것은 1861년이었으며, L.파스퇴르는 포도주 발효가 효모에 의해 일어난다는 것을 처음으로 밝혔다. 효모의 발효현상에 대한 더 진보적인 해명은 E.부흐너에 의하여 1897년 치마아제가 발견됨으로써 비약적으로 진전되어 효모는 생화학적으로 가장 잘 해석된 미생물이 되어 생화학의 발전에도 큰 역할을 하였다. 

효모의 세포벽은 주로 글루칸과 만난에 의하여 구성되며, 그 밖에 지질 ·단백질과 소량의 키틴질을 함유한다. 세포 내에는 핵 ·미토콘드리아 ·액포 ·글리코겐 과립을 가지며, 발효뿐만 아니라 호흡도 잘한다. 또한 효모는 다량의 RNA를 함유하며, 1967년까지 전구조가 결정된 5종의 tRNA는 모두 효모에서 유래한 것이며, 분자유전학의 진전에 큰 기여를 하고 있다. 효모의 생활사는 1935년 Φ.윈게에 의하여 처음으로 세대교번이 밝혀졌고, 1960년에는 D.C.호손, R.K.모르티머에 의하여 염색체지도가 완성되어 유전학의 좋은 재료가 되었다. 1953년 B.에프루시에 의한 호흡결손균의 발견은 세포질유전의 유명한 예이며, 미토콘드리아의 기원과 관련하여 관심을 끈다.

 

효모는 약 5천년 전부터 인간이 식품에 이용해온 미생물이다. 즉 옛날 고대 사람들이 효모의 발효력에 의해 만들어진 술과의 만남이 첫 교제라고 볼 수 있다. 효모(yeast, 酵母)는 진균류에 속하는 진핵생물이며 크기가 아주 작아 육안으로는 볼 수 없는 미생물이다. 효모는 당을 분해하여 알코올과 탄산가스를 만들어 발효를 하기 때문에 술제조에 이용되고 있다. 식용효모에는 맥주효모, 빵효모, 우유효모 등이 있다. 

효모식품이라 함은 식용효모 또는 이를 주원료로 하여 섭취가 용이하도록 액상, 페이스트상, 분말, 과립, 정제, 캅셀 등으로 가공한 것을 말한다. 효모식품에는 건조효모가공식품과 효모추출물가공식품이 있다. 건조효모란 식용 효모균주를 분리, 정제, 건조한 것을 말하며, 효모추출물이란 식용 효모균주를 분리, 정제한 후 자가소화 등의 방법에 의해 추출물을 분리한 것을 말한다. 성분 배합기준은 건조효모 가공식품은 건조효모 60% 이상, 효모추출물 가공식품은 식용 효모추출물 고형분 함량으로 30%(액상제품은 15%) 이상이어야 한다. 효모식품의 표시기준은 제품의 유형에 따라 식용 건조효모, 식용 효모엑기스, 건조효모 가공식품, 효모엑기스 가공식품으로 표시한다. 효모의 종류에 따라 주원료명 다음에 효모식품으로 표시한다.

 

효모를 처음으로 분리·배양한 사람은 1683년 네델란드 레벤 훅이다. 18세기 이후 생화학, 영양학의 발달과 함께 효모 세포 내의 조성성분, 생화학적 의의 등이 해명되었다. 독일에서는 세계대전 중 식량이 부족하여 식용효모를 사용하였으며, 일본에서는 1932년 [에비오스], [와카모도]라는 상품명으로 약품으로 판매되었다. 미국의 경우 1951년 게이로이드 하우저가 효모를 경이식품의 하나로 소개한 이래 건강식품으로 취급되어 세계 각지로 확산되었다.

 

9. 효모의 특성과 구조

효모는 생활의 대부분을 구형 난형 등의 단세포로서 지내며, 주로 출아에 의해서 증식하는 진균류의 총칭이지만 곰팡이,버섯 등의 명칭처럼 분류학상 엄밀한 명칭은 아니다. 그러나 같은 진균류인 곰팡이,버섯과는 성장이 현저히 다르기 때문에 통상 이러한 균류와는 규별하여 취급되고 있다.

효모는 응용미생물학상 극히 중요한 미생물군으로서 알코올발효능이 강한 종류가 많아서 예부터 주류의 양조, 알코올제조, 제빵 등에 이용되어 왔다. 자연계에서는 과일의 표면, 수액, 꽃의 암술대, 토양, 해수 곤충의 체내에 이르기까지 광범위하게 분포하고 있으며, 이러한 자연계에서 우수한 성질을 갖는 효모를 분리한 후, 목적에 맞게 순양하여 계속 계대배양한 것을 배양효모라 하며 맥주효모, 청주효모, 빵효모 등이 이에 속한다.

효모의 형태는 종류에 따라 다르고 같은 효모일지라도 배양조건이나 시기, 세포의 나이, 세포의 영양상태, 공기의 유무 등 물리화학적 조건에 따라 다를 뿐만 아니라 증식법에 따라서 다르다. 또 효모세포의 크기도 종류, 환경, 발육시기에 따라 상당히 다르나 5x8μ정도의 것이 많으며 일반세균에 비하면 훨씬 크다. 효모의 대표적인 형태에는 다음과 같은 것이 있다.

① 계란형 : 전통적인 맥주효모, 빵효모, 청주효모

② 타원형 : 포도주의 생산에 사용

③ 소세지형 : 맥주양조에 불쾌한 이취를 내는 유해한 야생효모

④ 위균사형 : 출아한 세포가 길게 신장하여 분리되지 않은 균사상인 모양

 

10. 효모의 생리학적/생화학적 특성

효모는 진핵미생물(핵과 세포질이 핵막에 의하여 나누어져 있는 생물)에 속하며 세포벽, 세포막, 핵, 사립체, 과립 등 세포 소기관을 갖추고 있다.

성의 구별이 없는 이들은 주로 budding(출아법)으로 번식하는데, 분리된 많은 효모들 중에는 발효능이 없는 것, budding 대신 fission(분열) 혹은 bud-fission 방법으로 증식하는 것, ascospore(자낭포자)가 아닌 ballistospore를 형성하거나 spore(포자)형성이 관찰되지 않는 것 등 다양한 그룹의 효모도 존재한다

 

크기는 보통 5∼10×5∼12㎛로 세균의 5∼10배 크기이며, 적정 pH는 4.5∼5.5이나 1∼10에서도 생존한다. (pH1에서 12시간 생존) 효모는 박테리아보다 산에 강하므로 배지의 pH를 3.5~3.8 정도로 맞추면 박테리아의 오염을 어느 정도 억제할 수 있다.

 

효모는 균 종에 따라서 조금씩 차이가 있으나 대부분 20~25℃에서 잘 자란다. 보통은 50℃이상에서는 사멸한다고 하지만 그 온도 이상에서 합성이 되지 않는 성장요소를 배지에 직접 첨가해 줌으로서 어느 정도는 극복이 가능하다. S. cerevisiae의 경우 40℃이상에서 사멸하지만 배지에 올레익산(oleic acid)와 에르고스테롤(ergosterol)을 첨가해 줌으로서 이를 방지할 수 있다. 효모 균체 자체는 단세포 식물로서 단백질과 미량광물질을 다량 함유하고 있다.

 

일반적으로 효모는 다른 미생물과 같이 성장에 있어서 탄소원과 에너지원, 무기 및 유기 질소원, 각종 미네랄 및 비타민을 필요로 한다. 효모 탄소원으로는 포도당(glucose), 갈락토스(galactose), 말토스(maltose), 자당(sucrose), 락토스(lactose) 등을 사용하며 질소원으로는 다양한 종류가 알려 졌는데 보통 요소(urea), 암모늄 이온(ammonium ion), 아미노산(amino acid) 는 효모에 의해 쉽게 이용되는 질소원으로 알려져 있다. 효모가 필요로 하는 비타민 중 메소-이노시톨(meso-inositol)을 제외한 모든 비타민은 조효소(coenzyme)의 일부로서 촉매작용(catalytic function)을 수행한다.

 

11. 효모의 분류체계

효모는 자낭균류와 담자균류에서 발견되며, 크게 5개의 분류군으로 나누어 볼 수 있다. 자낭균류에 포함된 효모는 Schizosaccharomyces pompe를 포함한 Archaeascomycetes, Saccharomyces cerevisiae를 포함한 Hemiascomycetes로 크게 나누어 볼 수 있으며, 담자균류의 경우 Urediniomycetes, Ustilagomycetes 그리고 Hymenomycetes로 나누어 질 수 있다. 그러나 각 분류군이 계통분류학적으로 monophyletic한 것은 아니며 매우 복잡한 기원에 의해서 현재의 효모가 생겨난 것으로 생각되어지고 있다. 효모의 분류는 분자생물학적 자료가 축적됨에 따라 많은 변화가 일어나고 있으며 앞으로도 많은 변화가 있을 것으로 예상된다.

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