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1. 미생물 염색 실험
1.1. 실험 목적 및 필요성
미생물은 일반적으로 육안으로 관찰하기 어려우므로 현미경을 이용해 관찰해야 한다. 그러나 미생물의 대부분은 고유의 색을 갖고 있지 않아 무 염색 관찰만으로는 관찰이 어려우므로, 미생물에 인위적으로 색상을 부여하는 염색 과정이 필요하다. 미생물 염색은 미생물의 구조적 특성을 이용하여 각각의 미생물에 알맞은 염색법을 실시하는 것으로, 이를 통해 미생물의 특성을 빠르고 비교적 정확하게 판별할 수 있다. 대표적인 염색법에는 그람 염색법, 항산성 염색법, 포자 염색법, 편모 염색법 등이 있으며, 이러한 염색법들은 미생물의 동정 및 분류에 널리 활용되고 있다. 특히 그람 염색법은 미생물의 세포벽 구조 차이를 이용하여 그람 양성균과 그람 음성균을 빠르게 구분할 수 있어, 임상병리학 및 의약학 분야에서 매우 유용하게 사용되고 있다. 따라서 미생물 염색법은 미생물을 관찰하고 구조적 특성을 이해하는 데 필수적인 방법이라 할 수 있다.
1.2. 그람 염색법
1.2.1. 그람 양성균과 그람 음성균의 구분
그람 양성균과 그람 음성균은 세포벽의 구조적 차이로 구분할 수 있다. 그람 양성균의 경우 두꺼운 펩티도글리칸 층을 가지고 있으며, 그람 음성균은 얇은 펩티도글리칸 층과 외막을 가지고 있다.
그람 염색 시, 그람 양성균은 크리스탈 바이올렛과 아이오딘 복합체가 세포벽에 강하게 결합하여 잘 빠져나가지 않기 때문에 보라색으로 염색된다. 반면, 그람 음성균은 얇은 펩티도글리칸 층으로 인해 알코올 처리 시 복합체가 빠져나가 마지막에 첨가된 사프라닌에 의해 분홍색으로 염색된다.
따라서 그람 염색을 통해 관찰되는 세균의 색상 차이를 통해 그람 양성균과 그람 음성균을 구분할 수 있다. 이는 세균의 기본적인 특성을 파악하는 데 유용하며, 임상검사 등에서 중요하게 활용된다.
1.2.2. 그람 염색의 원리
크리스탈 바이올렛과 아이오딘이 반응하여 복합체를 형성하는데, 그람 양성균의 경우 두꺼운 펩티도글리칸층으로 인해 이 복합체가 세포벽에 강하게 결합한다. 반면 그람 음성균은 얇은 펩티도글리칸층으로 인해 이 복합체가 탈색제인 알코올에 의해 쉽게 빠져나가게 된다. 따라서 그람 양성균은 보라색으로, 그람 음성균은 분홍색으로 염색된다. 이러한 세포벽 구조의 차이를 이용하여 그람 염색을 통해 그람 양성균과 그람 음성균을 구분할 수 있다. 그람 염색 과정에서 크리스탈 바이올렛과 아이오딘의 반응으로 생성된 복합체는 두꺼운 펩티도글리칸층을 가진 그람 양성균에서 강하게 유지되어 보라색을 띠게 되지만, 얇은 펩티도글리칸층을 가진 그람 음성균에서는 알코올 처리로 인해 복합체가 빠져나가 분홍색을 나타내게 된다. 이처럼 그람 염색은 진정세균을 그람 양성균과 그람 음성균으로 구분할 수 있는 기본적인 세포화학적 염색법이다.
1.3. 항산성 염색법
항산성균(acid-fast bacteria)은 일반적인 염색법으로는 염색되지 않는다. 이들은 세포벽에 지질성분인 mycolic acid가 많이 포함되어 있어 일반 염색약이 침투하기 어렵다. 따라서 mycolic acid를 염색할 수 있는 특수한 염색법이 필요하며, 이를 항산성 염색법이라 한다.
항산성 염색법의 대표적인 방법은 Ziehl-Neelsen stain이다. 이 방법은 carbol fuchsin을 사용하여 항산성균을 붉은색으로 염색한 후, 탈색제로 3% 염산-알코올을 처리하여 항산성균만 선별적으로 염색되게 한다. 배경이나 다른 세균들은 청색의 메틸렌 블루로 대조 염색된다.
항산성균은 mycolic acid로 인해 일반적인 염색약이 세포벽을 투과하기 어려워 염색되지 않지만, 이 방법에서는 phenol이 포함된 carbol fuchsin이 세포벽을 투과하여 항산성균만 선택적으로 붉게 염색된다. 이후 3% 염산-알코올 처리 시 다른 세균들은 탈색되지만, 항산성균의 mycolic acid층은 이 탈색과정에도 견디어 붉은색을 유지하게 된다.
따라서 항산성 염색법은 세포벽 성분의 차이를 이용하여 일반 세균과 항산성균을 구분할 수 있는 방법이다. 이를 통해 결핵균과 나균, 비정형 항산성균 등을 신속하게 진단할 수 있다.
이 외에도 Kinyoun stain, Kinyon-Hartmann stain 등의 변형된 항산성 염색법들이 있다. 이들은 염색시간이나 탈색 정도를 달리하여 항산성균의 염색 강도와 배경의 선명도를 조절할 수 있다.
특히 결핵균은 대표적인 항산성균으로, 객담 등의 임상 검체에서 항산성 염색법으로 신속하게 진단할 수 있다. 이를 ...
