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1. 미생물학 개요
1.1. 병원미생물학의 이해
미생물학은 '미생물(micro=small;bios=living;-logy=study)'이라는 용어에서 알 수 있듯이, 육안으로 볼 수 없는 아주 작은 생물체를 연구 대상으로 하는 학문이다. 의학적으로 중요한 미생물에는 세균(bacteria), 리케차(rickettsia), 클라미디아(chlamydia), 진균(fungi), 원생동물(protozoa) 및 바이러스(virus) 등이 포함된다.
이들 미생물들은 단순한 구조와 신속한 증식력, 유전자 조작의 용이성으로 인해 놀라운 적응력을 발휘하여 때로는 유익하게 작용하기도 하지만, 때로는 치명적인 결과를 초래하기도 한다. 질병의 미생물설을 입증하기 위한 과학적 노력과 항생제와 백신의 개발을 통해 무서운 감염병을 일으키는 병원체들을 효과적으로 제어하고 예방할 수 있게 되었다.
현재 우리가 살아가고 있는 환경과 인체에는 수십만 종의 미생물들이 존재하고 있으며, 이 중에서 수백여 종의 미생물들이 인체에 감염병을 초래할 수 있다. 병원미생물학을 공부하는 가장 중요한 목적은 인류에게 질병을 일으키는 여러 가지 미생물들이 관여하는 질병의 발병기전과 역학을 이해하고 이들을 효과적으로 관리하기 위한 병원미생물학을 발전시키는 데 있다.
바이러스는 사람에게 감염병을 일으키는 병원체 중 가장 작으며, 숙주세포에 의존해야 증식할 수 있다는 점에서 다른 생물과의 특징적인 차이가 있다. 바이러스의 생물학적 숙주범위는 사람, 동물, 식물, 세균 등 다양하다.
세균은 대표적인 원핵생물로, 핵막이 없으며 핵산은 DNA와 RNA 모두를 가지고 있다. 이분열 증식을 하는 특징을 가지고 있다. 리케차와 클라미디아는 일반 세균의 특징을 가지고 있으면서 숙주세포에 의존해야 증식할 수 있다는 점에서 일반 세균과 다르다.
진균은 광합성능이 없는 진핵생물로서 섬유상(hyphae, 균사)의 집단인 균사체(mycelium)로 서로 얽혀 증식된다. 세포벽은 키틴과 다당류로 구성되어 있으며, 균사체를 형성하지 않지만 단세포의 난형 또는 구형을 이루는 곰팡이를 효모(yeast)라고 한다.
원생동물은 광합성 작용이 없는 단세포 원생생물이다. 이처럼 미생물학은 세균, 리케차, 클라미디아, 진균, 원생동물, 바이러스 등 다양한 생물체를 연구 대상으로 하는 학문이다.
1.2. 바이러스
바이러스는 사람에게 감염병을 일으키는 병원체 중 가장 작은 생물체로, 숙주세포에 의존해야 증식할 수 있다는 점이 다른 생물과의 특징적인 차이점이다. 바이러스의 생물학적 숙주범위는 사람, 동물, 식물, 세균 등으로 매우 광범위하다.
바이러스는 DNA 또는 RNA 중에 한 종류의 핵산만을 가지고 있는 것이 특징이다. 바이러스의 증식은 살아있는 세포(생세포) 속에서만 가능하며, 핵산으로부터 비롯되고 복제에 의해 증식된다. 바이러스는 숙주세포의 도움 없이는 독자적으로 에너지를 만들거나 단백질을 합성할 수 없다.
바이러스는 외피(envelope)를 갖거나 갖지 않는 두 가지 형태로 구분된다. 외피 비보유 바이러스는 에테르나 담즙에 감수성이 있고, 외피 보유 바이러스는 에테르와 담즙에 강한 내성을 갖는다. 외피 보유 바이러스는 숙주세포막으로부터 유래한 지질과 당단백질로 구성된 외피를 갖고 있어 숙주세포에 부착하고 침투하는데 중요한 역할을 한다.
바이러스의 검출 및 진단을 위해서는 바이러스 분리 배양 동정, 혈청학적 방법, 조직병리학적 검사, 특정 바이러스 항원의 증명, 전자현미경 관찰, DNA 검색 진단 등 다양한 기법들이 사용된다. 특히 중합효소 연쇄반응(PCR)을 통한 DNA 검색 진단법은 바이러스 유전물질의 증폭으로 빠르고 민감한 진단이 가능하다.
바이러스에 의한 감염병은 숙주 체내에 침입한 바이러스가 숙주세포에 붙어 들어가 증식하면서 세포 기능을 교란시켜 발병하게 된다. 바이러스는 숙주세포 내에서 유전물질을 복제하고 새로운 바이러스 입자를 형성하여 숙주세포를 파괴하고 방출되어 다른 세포로 감염을 확산시킨다. 이 과정에서 발생하는 숙주의 생리적 변화와 병리적 증상이 감염병의 증상으로 나타나게 된다.
바이러스 감염병의 관리와 예방을 위해서는 바이러스의 전파경로를 차단하고 숙주의 면역력을 높이는 것이 중요하다. 백신 접종을 통해 특이적인 항체를 생산하여 바이러스 감염을 예방하거나 증상을 경감시킬 수 있다. 또한 항바이러스제 투여를 통해 바이러스의 증식을 억제하여 치료할 수 있다.
최근 들어 새로운 바이러스 감염병들이 지속적으로 출현하고 있어, 바이러스의 진화와 변이 양상에 대한 지속적인 모니터링과 연구가 필요하다. 특히 COVID-19와 같은 신종 바이러스 감염증의 경우 빠른 전파력과 치명률로 인해 전 세계적으로 큰 위협이 되고 있어, 이에 대한 연구와 대응책 마련이 시급한 실정이다.
1.3. 세균
세균은 박테리아(bacteria)라고도 불리며, 대표적인 원핵생물(prokaryote)이다. 세균은 핵막이 없고 DNA와 RNA를 모두 가지고 있는 특징을 지닌다. 세균은 이분열(binary fission)에 의해 증식하는데, 이때 세포분열이 빠르게 일어나 개체 수가 급격하게 늘어나게 된다.
세균은 크기, 모양, 배열, 염색 반응 등에 따라 다양하게 분류된다. 크기 면에서는 0.2~100μm 정도로 다양하며, 모양에 따라 구균(coccus), 간균(bacillus), 나선균(spirillum) 등으로 나눌 수 있다. 배열 상태에 따라서는 단독, 쌍, 사슬, 포도알 모양 등으로 관찰된다. 또한 그람염색 반응에 따라 그람양성균과 그람음성균으로 구분되는데, 이는 세포벽 구조의 차이에 의한 것이다.
세균은 병원성 유무에 따라 병원성균과 비병원성균으로 나뉜다. 병원성균은 인체에 감염을 일으킬 수 있는 대표적인 미생물로, 세균의 병원성은 정착성, 침습성, 증식성, 독소생산성 등 다양한 인자에 의해 결정된다. 대표적인 병원성균으로는 황색포도알균(Staphylococcus aureus), 폐렴간균(Klebsiella pneumoniae), 대장균(Escherichia coli), 클로스트리듐속 세균 등이 있다. 이들은 각각 피부 및 상처감염, 폐렴, 위장관 감염, 식중독 등 다양한 질병을 유발한다.
한편 비병원성균은 인체 정상균무리(normal microflora)로 존재하며, 병원성균의 증식을 억제하거나 숙주에게 이로운 작용을 하는 세균들이다. 대표적인 비병원성균에는 유산균(Lactobacillus), 비피더스균(Bifidobacterium) 등이 있다.
세균의 증식에는 영양, 온도, 산소 등 다양한 요인이 관여한다. 특히 호기성 세균, 혐기성 세균, 미호기성 세균 등 세균의 산소 요구도에 따라 증식 양상이 달라진다. 또한 포자를 형성할 수 있는 일부 세균은 극한 환경에서도 생존할 수 있는 특징을 지닌다.
세균의 병원성과 증식 특성을 고려하여, 이를 효과적으로 관리하고 제어하는 것은 감염병 예방 및 치료에 매우 중요하다. 이를 위해 항생제 치료, 소독 및 멸균 등 다양한 방법이 활용되고 있다.
1.4. 진균
진균은 광합성능이 없는 진핵생물로서 섬유상(hyphae, 균사)의 집단인 균사체(mycelium)로 서로 얽혀 증식된다. 세포벽은 키틴과 ...
