미생물학의 원리와 종류

생물학(biology)은 생명체에 관한 학문으로, 그것은 세 가지 부문으로 나뉜다.

 

동물학(zoology) - 동물에 대한 연구 식물학(botany) - 식물에 대한 연구 미생물학(microbiology) - 미생물에 대한 연구 이들의 일차적인 구분은 더욱 세분될 수 있다. 예를 들어, 조류(algae)와 균류 (fungi)에 대한 연구를 하는 조류학(algology)과 진균학(mycology)은 식물학의 한 분야로 간주되기도 한다. 단세포 동물에 대한 연구인 원생 동물학(protozoology)은 동 물학의 한 분야이며, 반면에 세균과 바이러스에 대한 연구인 세균학(bacteriology)과 바이러스학(virology)은 미생물학의 세부분야이다.

 

비록 거시적인 동물과 식물에 대한 지식이 구조와 형태 등의 해부학(anatomy)과 형태학(morphology)의 연구를 통해 얻어졌지만, 미생물의 행동에 대한 우리의 지식은 생화학(biochemistry)에 크 게 의존한다. 생명체에 대한 간단한 정의는 없다. 바이러스를 제외하고는 모든 생명체에 공통 적으로 나타나는 다음과 같은 일련의 속성에 의해 특성화되며, 그 특성은 무생물로부터 생물체를 구분하게 한다; 운동(movement). 일부 생명체들은 자기 스스로 움직일 수 있는 특징을 가지고 있다. 예외적으로 생각되는 식물조차도 그들의 세포 내에서 움직임을 나타낸다. 반응성(responsiveness). 식물을 포함하는 모든 생명체들은 자극에 대한 반응을 나 타낸다.

 

이러한 반응에는 식물들이 빛을 향해 자라는 것과 뜨거운 물체로부터 손을 재빨리 떼는 것 등이 포함된다. 생장(growth). 생명체들은 외부로부터 새로운 물질을 흡수하여 생명체 내부구조를 만드는 과정을 통하여 생장하게 되는데 이러한 과정을 동화(assimilation)라고 한다.

 

여기에는 외부로부터 영양물질의 흡수가 필연적이다. 섭식(feeding). 생명체들은 생장, 유지하기 위해 끊임없이 영양물질을 흡수하여 동화한다. 일반적으로 동물들은 이미 합성된 유기물을 먹고살지만(종속영양), 식물 들은 간단한 무기물을 흡수하여 복잡한 유기물을 만든다(독립영양). 생식 (reproduction). 모든 생명체들은 스스로 번식할 수 있다. 생식은 핵산에 암호 화 되어 있는 생명체의 유전적 청사진의 복제와 관련이 있다.

 

일반적으로 핵산은 DNA이지만, 일부 바이러스에서는 RNA이다. 에너지 방출(energy release). 생명을 유지하기 위해서 생명체들은 안정하며 조절되고 이용할 수 있는 형태의 에너지를 방출할 수 있어야만 한다. 이것은 ATP의 분 해를 통해 이루어진다. ATP를 합성하는데 필요한 에너지는 외부에서 흡수한 영양 물질을 호흡을 통해서 분해함으로써 얻어진다. 살아있는 세포에서 ATP의 합성은 보편적이다. 분비(excretion). 생명체에서 일어나는 화학반응으로 독성 폐기물질이 형성되는데, 이들은 제거되거나 무해한 형태로 저장되어야 한다.

 

이같이 생명체는 에너지를 소비하여 그 상태를 유지하고 성장할 수 있는 자기복 제 체제(self - reproducing system)이다. 모든 생명체들은 “세포(cell)”라는 똑같은 기본 단위 물로 이루어졌다. 각 세포들은 세포질(cytoplasm)로 둘러싸여 있는 핵 (nucleus)을 가지고 있으며 핵과 세포질은 원형질(protoplast)을 구성하며 원형질은 세포막(cell membrane)으로 둘러싸여 있다. 식물세포처럼 세포벽(cell wall)을 가지 고 있는 세포도 있으나, 동물세포처럼 세포벽을 가지고 있지 않은 세포도 있다. 세 포들은 조직화되어 고등동물과 식물처럼 다세포 생명체를 이루기도 하고, 단세포로 존재하기도 한다. 단세포는 박테리아나 원생동물에서는 흔한 형태이지만 항상 그렇지는 않다. 그것들은 균류에 널리 분포하는 다핵체처럼 다핵 단세포 생명체로 존재하기도 한다.

 

보다 자세한 것은 제2, 3, 4 장에서 다루도록 하겠다. 지구 상에 존재하는 방대한 종류의 생명체를 과학적으로 연구하는 데는 분류 (classification)와 동정(identification)이 필수 불가결한데 이것이 분류학(taxonomy)의 역할이다. 생물학적 연구가 시작된 이래 고등(유관속) 식물과 다세포 동물(후생동 물) 사이의 일차적 구분은 알려져 있었다. 미생물학의 토대와 현미경이 발달되기 전에 이 양분법 (bipartitute division)은 생명체를 명명하고 동정하는데 만족할만한 기초였다. 그 후 스웨덴의 박물학자인 Carl von Linnaeus가 1735년에 체계적인 접 근을 시도하여 생명체를 명명하였다. 그가 개발한 이명 체제 (binomial system)는 근대 분류학의 근간을 이루며 미생물을 포함한 모든 생명체에 적용된다. 이 체제는 속 명과 증명을 사용해 각 생명체를 나타낸다. 활자체를 인쇄할 경우 속명과 종명은 항상 이탤릭체로 표기되어야 한다(쓰거나 타자를 할 때는 밑줄을 긋는다). 대문로 시작하는 속명은 모든 경우에 처음 나타날 때만 철자를 다 쓰며, 그 이후부터는 첫 번째 문자로 줄여서 나타낸다. 소문자로 시작되는 종명은 항상 철자를 다 쓴다.

 

그래서 인간은 Homo sapiens라고 표시하게 된다. 이 이름은 진화 유형을 기초로 하 며 유사한 특성을 지닌 생물체들을 같은 부류로 묶는 분류의 결과로 선택되었는데 같은 부류에 속하는 생물체들은 더 많은 공유하는 특성에 의해 다시 작은 부류로 세분된다. 처음에 생명체들은 계(kingdom)라고 불리는 2-3 개의 큰 군으로 나누어지며, 각각의 계는 문(phylum)이라 불리는 하위 집단으로 세분화된다. 또한 각 각의 문은 강(class), 목(order), 과(family), 속(genus)과 마지막으로 종(species)의 연속된 하위집단으로 나뉜다.

 

이 체계의 기능은 H. sapiens의 분류에서 살펴볼 수 있다. 미생물의 세계에 대한 연구가 18세기에 시작되었을 때, 이 생물체의 새로운 군은 동물계나 식물계로 할당되었다. 미생물중 진균류와 세균은 처음에는 식물로서 분류되었는데 반하여, 현미경적 운동성을 가진 조류들은 동물로서 분류되었다. 양분법적 인접근의 결과로 몇 가지의 매우 이질적인 군이 생겨났으며, 결국 체계와 불일치하는 결과가 나오게 되었다. 이런 문제를 극복하기 위하여 E. Haekel은 1886년에 단순한 생물학적 체계를 갖는 모든 생물체를 포함하는 원생생물(protist)이라는 제3의 계의 설정을 제안하였으며, 이로서 모든 새로운 미생물 종류를 수용하게 되었다.

 

이 개념은 급속도로 받아들여졌으며, 새로운 계에는 조류, 진균류, 그리고 세균 이 포함되었으며 이 삼분 체계는 최근까지 존재하였다. 그러나 1950년부터 전자 현미. 경의 발달은 자세한 세포 구조의 조사를 가능하게 하였다. 이들 연구는 세포 구조에서 기본적인 이분법(dichotomy)을 보여주었는데 생물체들은 진핵 세포 (eucaryotic cell)와 원핵세포(procaryotic cell)의 2가지 기본 세포 형태로 나누어진다. 모든 다핵성 동물과 고등 식물은 진핵세포로 구성되어 있는데 반하여 protista는 두 가지의 형태로 나뉘어 있었다.

 

진균류, 원생동물, 그리고 대부분의 조류는 진핵 성인데 비하여 세균과 소위 '남조류(blue - green algae)’라 불리는 시 안세균(cyanobacteria)은 원핵 성이었다. 이러한 관찰의 결과로 원생생물은 지금 진 핵세포에 한하며 남조류는 세균으로서 인식되고 있으며, 이는 하나의 별도의 군을 형성한다. 이들은 표 1.1에 요약되어 있다. 다음에 나오는 세 개의 장에서 각 군을 다루고자 한다.