본문내용
1. 간호 미생물학 개요
1.1. 미생물의 형태와 구조
1.1.1. 세균의 형태
세균은 크기가 매우 작아 대부분의 빛이 그대로 세균을 통과하므로 투명한 물체와 같다. 따라서 세균의 형태를 관찰하기 위해서는 염색을 한다. 세균의 형태는 크게 알균, 막대균, 나선균의 3가지로 구분된다.
알균은 세포의 형태가 둥근 모양인 것으로, 완전히 둥근 모양, 쌍알균, 란셋 모양의 세 가지 유형이 있다. 막대균은 세포의 형태가 막대 모양인 것으로, 균종에 따라 크기의 차이가 있다. 나선균은 세포의 형태가 가늘고 길며 구불구불한 것으로, 나선의 꼬임이 1회전 이하인 것부터 10여회전이 되는 것까지 다양한 형태가 존재한다.
알균, 막대균, 나선균의 형태적 특징은 세균의 분류와 동정에 중요한 지표로 활용된다. 이러한 형태적 특성은 세균의 생물학적 특성과 밀접한 관련이 있다. 예를 들어, 나선균 중 일부는 염색체의 꼬임 정도에 따라 길이와 유연성이 달라져 유동성이 매우 크다. 또한 세균의 크기와 모양은 세균의 대사 활동과 생존 전략에도 영향을 미친다.
종합하면, 세균의 형태는 매우 다양하며 이는 세균의 생물학적 특성과 관련이 깊다. 세균의 형태는 세균을 분류하고 동정하는 데 핵심적인 지표로 활용되고 있다.
1.1.2. 세균의 구조
세균은 진핵세포와 달리 핵막과 세포소기관이 없는 원핵세포이다. 세균의 세포질에는 단일의 원형 이중나선 DNA 염색체가 존재하며, 리보솜은 진핵세포의 리보솜과 다른 70S 구조로 되어 있다. 세균은 대부분 세포질막 바깥으로 펩티도글리칸으로 구성된 튼튼한 세포벽을 가지고 있어 세포의 모양과 기능을 유지할 수 있다.
그람양성균의 세포벽은 두꺼운 펩티도글리칸 층으로 구성되어 있으며, 이 외에도 테이코산과 지질테이코산 등의 성분이 포함되어 있다. 반면 그람음성균은 세포질막 바깥으로 얇은 펩티도글리칸층과 지질다당질로 이루어진 외막이 존재한다. 이 외막은 세균을 유해한 환경으로부터 보호하는 역할을 하며, 특히 지질다당질은 면역반응을 강하게 자극하는 내독소로 작용한다.
세균에는 운동성을 제공하는 편모와 부착성을 갖는 섬모와 같은 외부부착물이 존재한다. 편모는 단백질 filament로 구성된 나선형 구조로, 회전운동을 통해 세균을 이동시킨다. 섬모는 편모보다 가늘고 짧은 구조로, 다른 세균이나 숙주 세포에 부착하여 병원성을 나타내기도 한다. 일부 그람양성균은 세포질막 바깥으로 협막을 형성하기도 하는데, 이는 항포식능을 가져 숙주의 면역반응을 회피하는 데 도움을 준다.
세균의 증식은 이분열을 통해 일어나며, 세대시간은 균종에 따라 다양하다. 대부분의 세균은 pH 6.5-7.5 근처의 좁은 영역에서 잘 자라며, 탄소, 질소, 물, 무기염류 등의 필수 영양분과 적절한 온도, 산소 조건이 필요하다. 특히 절대 호기성균, 절대 혐기성균 등 다양한 산소 요구성을 나타내는 세균들이 존재한다.
1.2. 바이러스의 형태와 구조
바이러스는 가장 작은 감염성 입자이다. 바이러스의 핵심 부위에는 DNA 또는 RNA로 구성된 바이러스 핵산이 존재한다. 그 바깥쪽을 캡시드라고 하는 단백질이 둘러싸고 있으며, 종류에 따라 지질막인 외피가 캡시드를 둘러싸는 경우도 있다. 바이러스는 외피의 유무에 따라 외피 보유 바이러스와 외피 비보유 바이러스로 분류된다.
바이러스의 핵산은 대부분의 DNA 바이러스가 이중가닥, 대부분의 RNA 바이러스가 단일가닥 형태로 존재한다. 캡시드는 핵산을 싸고 있는 구조단백질로서 입방대칭형이나 나선대칭형으로 관찰된다. 외피는 숙주 세포막에서 유래된 지질 이중막으로 구성되어 있으며, 항원성을 나타내는 당단백질이 존재한다. 외피에 있는 지질은 에테르와 같은 유기용매에 노출되면 손상되어 바이러스의 감염성이 소실된다.
따라서 바이러스는 핵산, 캡시드, 그리고 외피의 세 가지 구조적 특징을 가지고 있으며, 이러한 구조적 특성은 바이러스의 증식, 생존, 숙주 감염 등 바이러스의 기능과 밀접하게 관련되어 있다.
1.3. 진균의 형태와 구조
진균은 형태가 매우 다양하며, 세균보다 훨씬 큰 진핵세포로 되어 있고 직경 3~10㎛의 구형 또는 원통형의 모양을 가진다. 진균은 크게 사상균과 효모균으로 분류할 수 있다.
사상균은 가늘고 긴 사상체 형태를 나타내며, 사상균이 모인 집락은 벨벳 모양의 원반으로 흔히 털곰팡이라고 불린다. 사상균은 균사와 포자로 구성되어 있다.
효모균은 구형의 단세포를 형성하며, 새눈이 나타나 새로운 세포를 생성한다. 효모균은 포도주 등의 발효에 널리 이용된다. 배지에서 자랄 때는 습윤한 집락을 생성한다.
진균의 세포벽은 키틴과 글루칸으로 이루어져 있어 단단한 구조를 가지고 있다. 진균은 진핵세포이므로 세포의 화학적 성분 및 구성 요소들이 세균과 다르다. 진균 세포는 세포벽과 세포질막의 두 층으로 둘러싸여 있다.
2. 세균 염색법
2.1. 실험 목적
그람염색법의 실험 목적은 세균의 형태학적 관찰을 위해서이다. 세균의 크기가 매우 작아 현미경 관찰이 어려운 가운데, 세균을 고정시켜 염색을 하면 세균의 모양과 구조를 관찰할 수 있다. 그람염색법은 단순염색의 원리를 포함하고 있으며, 세균을 그람양성균과 그람음성균으로 구별할 수 있는 감별염색법이다. 이를 통해 A, B, C균이 어떤 균주인지 알아내고, 현미경 관찰을 통해 그람양성균과 그람음성균을 구분하여 세균의 동정과 분류에 활용할 수 있다.
2.2. 실험 재료 및 방법
멸균된 면봉, 알코올램프, 멸균 생리 식염수, Gram stain 시약(Crystal violet, Gram's iodine, Aceton alcohol, Safranin), Immersion oil(유침유), 종이 타월, poly gloves(비닐장갑), 슬라이드 집게, slide lack, 스포이드(혈청분리관), 소독용 70% 에탄올, slide glass, Lens wipe, LB한천배지에 18시간 배양한 Bacillus subtilis, Escherichia coli, Staphylococcus aureus, 현미경이 사용되었다. poly gloves를 착용하고 소독용 70% 에탄올로 소독한 뒤, 소독용 70% 에탄올로 책상을 소독한다. 슬라이드 글라스에 멸균 생리 식염수를 한 방울 떨어뜨리고, 멸균 상태의 면봉을 식염수에 적신 후 원하는 집락을 채취하여 슬라이드 글라스에 넓게 펴바른다. 공기 중에 건조시킨 뒤, 알코올램프를 켜고 불꽃고정시킨다. Crystal violet으로 1분간 염색하고, Washing 후 Gram's iodine으로 1분간 염색한다. 다시 Washing 후 Aceton alcohol로 1분간 탈색한 뒤, Washing하고 Safranin으로 1분간 대조염색한다. 건조시킨 후 슬라이드 뒷면을 깨끗이 닦아내고 Immersion oil을 사용하여 현미경으로 관찰한다.
2.3. 실험 결과
A, B, C균의 결과는 다음과 같다.
A균(B. subtilis)은 그람양성균으로 수업시간에 배운 대로 얇고 확실한 직선막대모양을 가지고 있었다. 또한 peptidoglycan층이 두꺼워 Crystal violet의 시약 색깔인 보라색을 잘 띄어 염색이 잘 되었음을 확인할 수 있었다. 다만 완전히 보라색이 아니라 빨간색이 군데군데 섞여 있었는데, 이는 Crystal violet 염색이 제대로 되지 않아 나타나는 현상이라고 한다.
B균(E. coli)은 그람음성균으로 짧은 막대모양을 확인할 수 있었으며, 빨간색으로 염색된 것을 보아 Peptidoglycan층이 얇은 것을 알 수 있었다.
C균(S. aureus)은 그람양성균으로 이름이 붙여진 대로 포도알처럼 동글동글한 모양을 띄고 있었다. 처음에는 이 균이 Safranin의 시약 색깔인 빨간색으로 염색되어 그람음성균일 거라 예상했다. 그러나 다른 조가 현미경으로 관찰한 Staphylococcus aureus(황색포도알균)를 보니 정말 보라색을 띄고 있었다. 이에 어떤 과정 때문에 탈색이 일어나게 되었는 지 고민하게 되었고, "Aceton alcohol으로 너무 오래 탈색을 하여 바이올렛이 다 날 아 간 것이 아닌가?"라는 추측을 해보았다.
이번 그람염색 실험을 하면서 실험과정은 단순하였지만 매 과정 사이에 신경 쓸 것도 많았고, 미세한 염색과 탈색의 시간 차이가 실험결과에는 큰 영향을 끼친다는 것을 느낄 수 있었다. 특히 이번 실험에서 부족했던 점 중 하나인 Crystal violet 염색이 제대로 되어야 실험에 오차가 없을 것이라는 생각이 들었다. 또한 현미경을 다루는데 시간을 많이 잡아먹게 되어 시간에 쫓기는 실험을 하였던 것 같아 아쉬움이 많이 남았다. 몇몇 균들이 염색이 제대로 되지 않아 3번 정도의 염색과 Washing과정을 반복하였지만, 그람양성균과 그람음성균을 구별할 수 있는 능력이 생겨 시간과 노력이 헛되지 않다고 생각하였다. 또한 세균을 직접 염색하고, 현미경을 통해 관찰, 비교한 결과 세균의 형태와 특징에 대해서 더 잘 알게 되었으며, 책으로 배울 때 보다 실험을 하니 그 어느 때보다 기억에 남아 유익한 실험이었다고 생각이 되었다.
2.4. 고찰
세균 염색법 실습을 통해 세균의 형태학적 특성을 관찰할 수 있었다. 균 집락을 풀고 도말하는 과정에서 면봉 뒤편으로 제대로 문지르지 않아 결과적으로 세균이 뭉쳐서 관찰되는 어려움이 있었다. 하지만 몇 번의 시행착오 끝에 Bacillus subtilis, Escherichia coli, Staphylococcus aureus의 3개 세균을 정확히 동정할 수 있었다.
Bacillus subtilis는 직선막대 모양의 전형적인 그람양성균의 모습을 보였으며, Escherichia coli는 짧은 막대 모양의 그람음성균이었다. 마지막으로 Staphylococcus aureus는 포도송이 모양의 전형적인 그람양성균 형태를 보였다. 특히 Staphylococcus aureus의 경우 제대로 염색이 되지 않아 빨간색이 섞여있는 모습이었는데, 이는 Crystal violet 염색이 충분하지 않았기 때문으로 보인다.
이번 실습을 통해 세균의 형태학적 특성과 그람염색법을 통한 그람양성균과 그람음성균의 구분 방법을 익힐 수 있었다. 또한 염색 과정의 시간 및 단계별 제어의 중요성을 깨달을 수 있었다. 특히 Crystal violet 염색이 충분히 되지 않은 경우 결과에 큰 영향을 미칠 수 있다는 사실을 알게 되었다.
전반적으로 세균 염색법 실습은 이론 수업에서 배운 내용을 실제로 관찰할 수 있는 유익한 경험이었다. 세균의 형태와 그람염색 반응의 차이를 직접 확인할 수 있었으며, 실험 과정에서 발생한 어려움을 해결해가며 실험 기술을 향상시킬 수 있었다. 이를 통해 세균 동정 및 분류에 대한 이해도가 크게 높아졌다고 볼 수 있다.
3. 세균 배양
3.1. 실험 목적
세균 염색법의 실험 목적은 세균의 형태학...
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