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1. 병원미생물학 개요
1.1. 미생물학의 이해
미생물학은 육안으로 볼 수 없는 아주 작은 생물체를 연구 대상으로 하는 학문이다. 미생물은 세균(bacteria), 리케차(rickettsia), 클라미디아(chlamydia), 진균(fungi), 원생동물(protozoa) 및 바이러스(virus) 등으로 구성되어 있다. 이들 미생물들은 단순한 구조와 신속한 증식력, 유전자 조작의 용이성으로 인해 놀라운 적응력을 발휘하여 환경은 물론 인체에서 때로는 유익하게 작용하기도 하고, 때로는 치명적인 결과를 초래하기도 한다.
미생물이 질병의 원인일 것이라는 질병의 미생물설을 입증하기 위한 과학적 노력으로 항생제(antibiotics)와 백신(vaccine)의 개발을 통해 무서운 감염병을 일으키는 여러 가지 병원체(pathogens)를 효과적으로 제어하고 예방하여 인류의 재앙을 막을 수 있게 되었다.
우리가 살아가고 있는 환경과 인체에는 수십만 종의 미생물들(microbes)이 존재하고 있으며, 이 중에서 수백여 종의 미생물들이 인체에 감염병(infectious disease)을 초래할 수 있다. 병원미생물학(pathogenic microbiology)을 공부하는 가장 중요한 목적은 인류에게 질병을 일으키는 여러 가지 미생물들이 관여하는 질병의 발병기전과 역학을 이해하고 이들을 효과적으로 관리하기 위한 병원미생물학을 발전시키는 데 있다.
1.2. 병원미생물학의 역사
현대 병원미생물학의 역사를 살펴보면, 17세기 중반 현미경의 개발로 미생물 발견의 기반이 마련되었다"" 네덜란드의 안토니 반 레벤후크는 세균을 최초로 관찰하여 미생물학의 시작을 알렸다"" 이후 18세기 중반 라자로 스팔란차니와 존 니드햄의 자연발생설 논쟁을 거쳐, 1861년 루이 파스퇴르가 생물속생설을 증명하면서 미생물학의 기틀이 마련되었다""
한편 1876년 로버트 코흐는 탄저병의 병원체를 발견하고 병원성 세균의 분리 및 배양법을 개발하는 등 근대 병원미생물학 연구의 기반을 마련하였다"" 이후 19세기 말부터 20세기 초까지는 병원미생물학의 황금기로, 병원체 발견, 백신 개발, 항생제 발견 등 많은 진전이 있었다"" 대표적으로 1879년 로버트 코흐가 결핵균을 발견하였고, 1885년 루이 파스퇴르가 광견병 백신을 개발하였으며, 1928년 알렉산더 플레밍이 페니실린을 발견하였다""
이와 같은 연구 성과들은 인류 역사상 가장 중요한 의학적 발견들 중 하나로 평가된다"" 병원미생물학의 발전은 감염병 예방과 치료에 큰 기여를 하였으며, 오늘날 의학이 발전할 수 있는 토대를 마련하였다""
1.3. 병원미생물학의 황금기
병원미생물학의 황금기는 근대 병원미생물학의 개척자들에 의해 이루어졌다고 할 수 있다. 특히 R. Koch는 주로 인류의 감염병 원인체를 분리, 배양하고 그 특성을 밝히는 데 관심을 두었다는 점에서 중요한 의미를 갖는다. R. Koch는 탄저병(anthrax)에서 세균의 직접적인 병인학적 역할을 보고하였고, 이를 통해 'R. Koch의 4대 가설(R. Koch's postulate)'을 수립하였다. 이 가설에 따라 과학자들은 특정한 감염병과 병원 미생물들과의 관계를 판단하게 되었다. 또한 R. Koch는 병원성 세균의 분리와 증식 등을 포함한 기본적인 연구를 위해 순수배양(pure culture)이 중요하다는 점을 강조하였다. 이를 위해 초기에는 감자 조각에, 그 후 배지의 응고제로 젤라틴을 이용하여 배지를 고형화한 다음 세균의 분리를 위한 도말접종법(streak method)을 개발하였다. 이후 Hesse가 37℃에서 고체 상태를 유지하는 특성을 지닌 해초의 추출물인 우무(agar)의 사용을 권장하였고, Petri가 효율적인 용기를 고안함으로써 오늘날 널리 이용되고 있는 배양 접시가 고안되었다.
바이러스의 발견과 관련하여, Iwanowski(1892)는 담배 모자이크병에 감염된 담뱃잎을 갈아 즙을 만들어 세균여과기를 통과시키면 건강한 담뱃잎에 모자이크병(식물 바이러스)을 일으킨다는 사실을 발견하였다. 이것이 오늘날 바이러스 병원체 발견의 시초가 되었다. 더욱이 바이러스는 인공적인 배지에서 자라지 않으며 증식을 위해 살아있는 숙주 세포가 필요하다는 것도 발견되었다.
한편, 면역학의 발전 측면에서도 병원미생물학의 황금기를 대표한다고 볼 수 있다. 천연두(smallpox)에 대한 예방백신(vaccine)은 Jenner(1749~1823)에 의해 개발되었고, 탄저(anthrax) 예방백신은 L. Pasteur가 개발하였다. 또한 폴리오(poliomyelitis) 예방백신은 Salk(1953)와 Sabin(1954)에 의해 개발되었으며, 홍역(measles) 예방백신은 Enders 등이 개발하였다. 뿐만 아니라 장티푸스의 면역혈청학적 진단법(Widal test) 등 항원-항체 반응법을 이용한 각종 진단기술이 개발되었다.
화학요법의 발전 측면에서도 병원미생물학의 황금기를 들 수 있다. Alexander Fleming이 푸른곰팡이(Penicillium notatum)에서 생성되는 penicillin을 발견하였고, Waksman은 토양미생물에서 streptomycin을 발견하여 결핵 치료제로 사용하였다.
이처럼 근대 병원미생물학의 개척자들에 의해 미생물의 분리, 배양, 감염병의 진단 및 치료법, 면역학 등이 크게 발전하였으므로, 이 시기를 병원미생물학의 황금기라고 할 수 있다.
1.4. 병원미생물의 위협
세계보건기구(WHO)의 최근 보고에 따르면, 세계적으로 매년 총 100억 건의 감염병이 발생하며, 감염병은 사람의 가장 흔한 사망 원인 중 하나이다"" 이처럼 병원미생물은 인류에게 여전히 큰 위협이 되고 있다""
새로 밝혀지는 질병 중 점점 출현 빈도나 영향력이 커지는 질병을 출현 감염병(emerging infectious disease)이라 한다"" 예를 들어 에이즈나 사스 같은 질병들이 이에 해당한다"" 이러한 출현 감염병은 대부분 인수공통감염병으로 동물에서 사람으로 전파되며, 새로운 병원체의 출현, 사회경제적 변화, 환경변화, 기술적 발달 등으로 인해 발생한다""
한편 예전에 유행했던 질병들 중 출현 빈도가 최근 다시 증가하는 것을 재출현 감염병(reemerging infectious disease)이라고 한다"" 대표적으로 결핵, 말라리아, 홍역 등이 이에 해당한다"" 이러한 질병들은 항생제 내성, 백신 접종률 감소, 불량한 공중보건 위생 상태 등으로 인해 다시 유행하게 되었다""
이처럼 새로운 감염병이 지속적으로 출현하고 과거 유행했던 감염병들이 재출현하면서, 병원미생물은 여전히 인류에게 큰 위협이 되고 있다"" 따라서 감염병 예방 및 관리를 위한 다각도의 노력이 필요할 것으로 보인다""
2. 미생물의 분류와 관찰
2.1. 분류 방법
미생물의 분류 방법은 크게 자연 분류법, 분자생물학적 분류법, 버지편람에 의한 세균의 분류 세 가지로 나뉜다.
자연 분류법은 세균의 표현형적 특징으로 대부분의 미생물 분류와 동정 시스템에 사용되는 방법이다. 크기, 형태, 세균의 배열 관계, 염색반응 등이 이에 포함된다.
분자생물학적 분류법은 DNA의 염기 조성과 서열 등의 유사성을 조사하여 미생물 간의 연관 정도를 결정하는 분류학적 방법이다. 서로 다른 두 종의 세균 DNA를 추출하여 단일 선상의 DNA로 만들어 혼합하면 hybrid DNA 분자가 형성되는 정도를 관찰할 수 있으며, 이를 통해 세균 간의 유연관계를 추정할 수 있다.
버지편람(Bergey's Manual of Determinative Bacteriology)에 의한 세균의 분류는 현재 세균의 분류에 가장 널리 사용되는 참고문헌이다. 과거에는 표현형(phenetic 또는 phenotype)에 바탕을 둔 분류체계였으나, 제2판부터는 유전정보 등을 바탕으로 한 계통학적 분류 체계를 도입하였다. 그럼에도 불구하고 그람염색은 여전히 중요한 형질로 간주되고 있다.
2.2. 미생물의 생물학적 위치
모든 생물의 기본적인 단위인 세포(cell)는 크게 진핵세포(eukaryotic cell)와 원핵세포(prokaryotic cell)로 구분된다. 진핵세포는 원핵세포에 비해 크기가 크며, 세포 내에 세포소기관을 포함한 특이적인 내부 구조가 발달되어 있다. 핵(nucleus)은 핵막에 의해 세포질과 경계를 이루고 있다. 반면 원핵세포에는 핵막이 없어 유전물질인 DNA가 세포질에 산재되어 있다.
따라서 미생물은 크게 원핵생물과 진핵생물로 구분된다. 원핵생물에는 세균(bacteria), 남세균(cyanobacteria) 및 고세균(archaebacteria)이, 진핵생물에는 동물(animal), 식물(plant), 원생동물(protozoa...
