'미생물학'이란 너무 작아서 맨 눈으로는 볼 수 없는 생명체를 다루는 학문을 말합니다. 그 연구범위는 질병을 일으키는 미생물의 생리/유전/분류/생태, 감염 경로, 감염에 대한 숙주의 반응, 이러한 감염을 방지할 수 있는 방법을 모두 포함합니다. (미생물학 = microbiology, 微生物學)
즉, 미생물이란 너무 작아 맨 눈으로 볼 수 없는 생명체를 통칭한다고 할 수 있겠습니다.
1. 미생물이란 무엇일까요?
미생물은 조류, 원충, 진균, 세균, 바이러스 그리고 세균과 바이러스의 중간형태(리케챠, 클라미디아)로 나누어집니다. (조류 algae = 광합성을 하는 진핵생물의 크고 다양한 그룹 중 하나입니다. 이 이름은 여러 개의 다른 분기군의 종들을 포함하는 다계통군의 비공식적인 용어입니다. 포함된 유기체는 클로렐라, 프로토테카 및 규조류와 같은 단세포 미세조류에서부터 길이가 50미터까지 자랄 수 있는 큰 갈색 조류인 거대 다시마와 같은 다세포 형태에 이르기까지 다양합니다.)
세균, 진균 및 원충은 원생생물계에 속하며, 기생생활 양식을 갖는 단세포 또는 비교적 간단한 다세포 개체로서, 동/식물과 구별될 수 있습니다.
바이러스는 세포가 아닌, 대사활성이 없는 독특한 개체이므로 살아 있는 세포 내에서만 복제가 가능합니다. 바이러스와 세포 형태의 개체간 구조와 생식의 차이점은 다음과 같습니다.
1) 구조 - 세포생물은 핵(nucleus)을, 세균의 경우에는 DNA가 있는 부위인 핵양체(nucleoid)를 가지고 있습니다. 핵 또는 핵양체는 세포질(cytoplasm)에 둘러싸여 있으며, 세포질은 에너지를 생산하고 단백질을 합성합니다.
반면, 바이러스의 내부 핵심인 유전 물질은 DNA 또는 RNA입니다. 바이러스는 세포질이 없기 때문에 에너지와 단백질의 생산은 숙주에 의존합니다. 다시 말하면 바이러스는 대사적으로 활성이 없다고 할 수 있습니다.
2) 생식 - 세균은 이분열에 의해 복제됩니다. (하나의 모세포가 두 개의 딸세포로 분열). 바이러스는 먼저 전체 구조가 해체된 다음, 핵 내용물을 복제하고 그 이후에 다른 단백질들을 만들며 이들이 재조합함으로써 새로운 바이러스들이 만들어집니다. 바이러스는 앞서 서술한 대로 대사적으로 불활성이라서 숙주세포 내에서만 복제할 수 있습니다. 그러나 세균은 숙주세포 밖에서 복제가 가능합니다. (예외로 리케챠와 클라미디아가 있으며 이들은 살아 있는 세포에서만 증식이 가능한 세균입니다.)
구조적 차이를 이해하기 위해 세포의 기본 구조와 종류에 대해 더 자세히 알아보겠습니다.
1)세포의 기본구조
세포는 모든 생물이 가지고 있는 생물의 기본 단위로써, 크게 핵(nucleus)과 세포질(cytoplasm),세포막(cell membrane)으로 구성되어 있습니다.
세포의 핵은 생물의 모든 정보를 담고 있으며, 생명 활동을 조절하는 중요한 역할을 합니다. 핵은 보통 세포 안에 한 개가 있으며, 핵막이라고 부르는 막으로 둘러싸여 있습니다. 핵 속에는 그 생물체의 특성을 결정짓는 유전 정보를 간직한 염색체가 들어 있어 아주 중요한 역할을 합니다.
세포막은 세포를 보호하고 물질의 출입을 조절하는 역할을 합니다. 세포막은 지질, 단백질, 탄수화물로 이루어져 있으며 그 두께는 약 7.5~10nm입니다. 여기서 잠시 미리 설명을 드리면 세균의 세포막은 주로 지질다당류(LPS), 인지질(LPS) 등으로 구성되고, 사람의 세포막은 인지질(phospholipids)과 콜레스테롤(cholesterol)로 구성됩니다.
세포질은 핵을 뺀 나머지 부분으로, 대개의 경우 투명한 점액 형태의 균질한 물질로써 세포소기관과 세포액으로 이루어져 세포 내부를 채웁니다. 대표적인 세포소기관으로는 미토콘드리아, 엽록체, 리보솜, 과산화소체, 리보솜과 같은 것들이 있습니다. 그 중에서도 미토콘드리아는 세포가 사용하는 에너지를 만드는 역할을 하는 핵심 소기관이라 할 수 있으며 동물세포와 식물세포에 공통적으로 존재합니다.
ð 요약 : 핵=세포의 생명 활동 조절, 미토콘드리아=필요한 에너지 생성, 세포막=세포 보호 및 물질 출입 조절
2) 세포의 종류
세포는 집을 이루는 벽돌처럼 생물의 몸을 이루고 있으며, 식물과 동물은 모두 세포로 이루어져 있지만 그 모양은 차이가 있습니다.
동물세포와 식물세포의 차이에 대해 알아보겠습니다.
동물세포에 비해 식물세포는 조금 더 복잡한 형태를 띕니다. 왜냐하면 동물세포에는 없는 구조물이 식물세포에 있기 때문인데요. 가장 큰 차이 구조물은 세포벽, 엽록체, 액포입니다. 세포벽의 주 구성성분은 셀룰로오스인데, 세포가 성숙해져 감에 따라 기타 물질이 더해지게 된다고 합니다. 세포벽은 세포막에 비해 견고하고 두터워 세포 내부를 보호하고 그 모양을 유지할 수 있게 합니다. 엽록체는 식물이 빛을 흡수하여 에너지원을 만들어 활동할 수 있게 하는 세포소기관이고, 반대로 액포는 세포가 활동하면서 발생되는 노폐물을 저장하는 곳입니다. 즉, 엽록체와 액포는 동물로 치자면 먹고 배설하는 기관에 해당한다고 할 수 있겠습니다.
ð 요약 : 엽록체=양분합성, 액포=노폐물 저장, 세포막=세포 모양 유지
세포는 심지어 한 생물 안에서도 모양과 크기가 다릅니다. 사람의 몸을 예를 들어보면, 몸을 구성하는 세포들의 기본 구조는 같지만 피부/혈액/근육을 이루는 세포가 모두 다릅니다. 사람의 몸은 약 60조~100조 개의 세포로 구성된다고 하는데요, 크게 상피세포/근육세포/혈액세포/신경세포/결합조직세포로 나눌 수 있습니다.
또한 세포마다 역할에 따라 생김새도 매우 다릅니다. 동글동글 알모양의 세포부터 길쭉한 실 모양 세포까지 다양하게 존재합니다.
cf. 바이러스는 이에 비해 비교적 간단하게 단순한 구조를 하고 있습니다. 기본적으로는 핵산(DNA 또는 RNA)과 단백질(피막을 형성)로 구성됩니다.
지금까지 미생물학 기초에 해당하는 세포에 대해 살펴보았습니다.
다음 글에서는 세포 분류에 대해 더 알아보겠습니다.