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미생물의 생장에 미치는 요인 실험

미생물의 생장에 미치는 요인실험 목적미생물의 생장에 관여하는 주변 환경 중에 온도, 삼투, UV, 항생제에 따른 미생물의 생장속도를 알아보는 실험으로, 이 네가지 요인이 미생물의 생장에 어떠한 영향을 미치는지 확인하기 위하여 균주를 도말평판법으로 배지에 접종한 후 생장을 관찰해 본다.실험 이론1. 미생물* 미생물의 정의: 주로 단일세포 또는 균사로 몸을 이루며, 생물로서 최소 생활단위를 영위한다. 조류, 세균류, 원생동물류, 사상균류, 효모류 등이 속한다. 한계적 생물이라고 할 수 있는 바이러스를 이에 속하는 것으로 보는 경우도 있다. 이들은 지구상 어디에서나 습기가 있는 곳에는 생육할 수 있으며 인간생활과 밀접한 관계가 있다.사람을 비롯한 동식물에 질병을 가져오는 병원미생물, 독소를 생성하여 식중독을 일으키는 미생물, 의식주에 관계되는 각종 물질을 변질, 부패시키는 원인 생물인 유해미생물도 잘 알려져 있다. 이러한 미생물의 특유한 성질을 이용하여 식품·의약품, 그 밖의 공업생산품 등 생산공업에도 많이 이용된다* 미생물의 증식: 세균의 몸은 일정한 크기로 자라면 둘로 분열되어 각각 독립적으로 성장하게 된다. 즉, 세균은 분열에 의해 증식한다. 1개의 세균세포는 일정한 용적이 되면 분열하여 2개의 세포가 된다. 이들 2개의 세포도 일정한 용적이 되면 개개가 다시 분열하여 2개의 세포가 된다. 세균은 2의 지수함수의 관계로 증식함을 알 수 있다. 세균의 1세대는 분열직후로부터 분열직전까지의 시간으로 이것을 세대시간이라 부른다. 세대시간은 미생물의 종류에 따라 다른데, 영양조건, 생장환경조건, 대사산물의 축적량, 세포의 노화정도 등에 의해서도 다르다. 세균의 생장은 지수함수 관계에 있으면서 증식한 세포의 대수갑이 배양시간에 비례한다. 이것을 대수증식이라고 하는데 세균을 적당한 배지에 옮겨 배양하면 일정시간이 지난 후 관찰할 수 있다. 대수증식은 배지의 영양원이 소비되거나, 세균이 배출하는 유독한 대사산물이 축적되는 것 등에 의해 생장이 억제되어 오래 지속되지 않는다의 활성이 저해되고 세포는 대사를 멈추기 때문에 생장이 거의 없거나 아예 없다. 그리고 최적온도란, 미생물의 증식에 가장 알맞은 온도로서 생장속도가 가장 빠른 온도이고 미생물의 종류에 따라 다르다. 일반적으로 최적온도가 20~30℃에 있는 것을 저온균, 30~40℃의 것을 중온균, 45℃ 이상의 것을 고온균이라 칭한다.- 고온균(thermophiles): 극한미생물(extremophile)의 일종으로 고온(41~122도씨) 환경에 적응하여 생존하는 생명체이다. 고온균은 20~45도씨에서 생장하는 중온균(mesophile)과 구별된다. 대부분은 고균이지만, 세균, 곰팡이도 존재한다. 주로 지질학적으로 가열된 지역인 온천, 심해열수구, 토탄 축적 수렁등에 서식한다. 고온균 유래 효소들은 고온에서 작용하므로 분자생물학이나 산업용으로 사용되고 있다. 예를 들어 분자생물학에서는 많은 PCR을 위한 DNA polymerase가 이용되고 있다.1) 통성 고온성 세균: 37︒C이상에서 생장하고 생장하고 생장최적온도가 45 ~ 60︒C인 세균2) 절대 고온성 세균: 50︒C이상에서 생장하고 생장하고 생장최적온도가 60︒C이상인 세균-중온균(mesophile): 중온성 세균은 25~40℃에서 최적으로 생장 가능하며, 일반적으로 온도가 10℃씩 증가할 때마다 생장 속도가 2배 가량 증가한다. 반면 온도가 5℃ 이하로 낮아질 경우 단백질 합성이 중단되고 활동을 멈춘다. 그러나 다른 종류의 미생물에 비해 온도 변화에 대한 적응력이 높아 제한 범위를 넘는 온도의 환경에서 적응하기도 한다. 중온균은 중온성 분해, 고온성 분해, 냉각, 숙성 등 4단계의 퇴비화 공정 중 첫 단계에 이용된다. 퇴적된 유기물에 존재하면서 퇴비를 산화시켜 산 및 이산화탄소 등을 생성하고 온도를 약 40℃까지 상승시키는 역할을 한다. 온도의 상승과 하강에 따라 미생물을 통한 분해가 반복되며 퇴비를 숙성시킨다. 대장균, 황색포도상구균, 임질균 등의 세균이나 박테리아가 포함되기도 한다.- 저온균(Psychrophil로 분자가 퍼져 나가는 현상을 말한다. 그리고 삼투 또는 삼투현상이란, 용매는 통과시키나 용질을 통과시키지 않는 반투과성막을 사이에 두고 서로 다른 농도를 가진 두 액체가 있을 때, 농도가 더 진한 쪽으로 용매(일반적 물)가 이동하는 현상이다. 이때 발생하는 압력의 크기를 삼투압이라고 한다. 에너지를 소비하지 않는 수동수송(Passive transport) 이며, 이와 상대적인 개념으로 에너지 투입 등으로 농도 차이를 극복하여 체내 물질이 이동되는 현상은 능동수송(Active transport)이라고 한다.* pH: pH는 용액의 몰 농도로 표현된 수소이온 농도에 음의 로그를 취한 값이다. 각각의 미생물 종은 주어진 pH 범위 내에서만 생장할 수 있고 생장하기에 가장 좋은 최적 pH가 있다. 호산성 생물(acidophile)의 최적 pH는 pH0~5.5이다. 호중성 생물(neutrophile)은 pH 5.5~8.0에서, 호염기성 생물(alkalophile)은 pH8.5~11.5에서 가장 잘 자란다. 극호염기성 생물(extreme aikalophile)은 최적 pH는 pH10이상이다. 일반적으로 미생물은 각기 특정한 pH에서만 잘 자란다. 대부분의 세균과 원생동물은 호중성이다. 대부분의 곰팡이는 약산성 환경인 pH 4~6정도에서 잘 자란다. 세포질의 pH가 급격하게 변하면 세포막이 파괴되고 효소와 막수송단백질의 활성이 억제되어 세포가 손상된다. 원핵생물은 세포내의 pH가 5.0~5.5 아래로 떨어지면 사멸한다. 외부의 pH가 변하면 영양물질 분자와 이온화 경향이 달라져 물질 흡수 능력이 감소한다. 세포질의 pH를 중성으로 유지할 수 있는 방법이 몇 가지 있다. 수소이온은 세포막을 잘 투과하지 못한다. 호중성 미생물은 역수송체계를 이용해 수소 이온과 칼륨을 맞바꾼다. Bacillus alcalophilus와 같은 극호염기성균은 내부에 나트륨이온을 외부의 양성자와 교환하여 세포 내 pH를 중성 근처로 유지한다. 세포내의 물질분자에 의한 완충작용 역시 pH 항상성을 가 아주 크기 때문에 생물체에 커다란 손상을 주어 사멸시킨다.* 항생제: 항생물질(antibiotics, antibacterials)은 "미생물이 생산하였고 다른 미생물의 발육을 억제하는 물질"이라고 정의된다. 병원성 박테리아 감염의 치료 및 예방에 사용되는 항균제 약물이다. 항생물질의 활성은 대조로 하는 미생물의 생육 저해에 의해서 검출된다. 활성은 여러가지 방법으로 측정돠고 있는데, 그 중에서도 paper-disk법이 자주 쓰인다. 한천 평판 배지에 피검균을 접종해서 패트리접시에 배지를 부어 굳힌다. 그 위에 직경 5~7mm의 원형 여과지에 2종류의 농도를 알고 있는 표준용액과 2종류 농도의 피검액을 흡수시킨 것을 두고 일정시간 배양한 후 생육 저지원의 직경을 측정한다. 항생물질의 항균력의 세기는 피검균의 생육을 저지하는데 필요한 배지 1Ml에 대한 최소량으로서 나타낸다. 이것을 최소 저지농도(MIC)라 한다. 항생제는 미생물의 산물이거나 미생물의 유도체로 다른 미생물을 죽이거나 생장을 억제한다. 가장 흔하게 사용되는 항생제는 자연산물로 일부 세균이나 진균에 의해 생산된 것이다. 반면, 중요한 화학치료제 중 일부는 완전히 합성된 것이다. 많은 항생제가 반합성약제로, 미생물이 생성하는 자연산물인 항생제를 병원균에 의해 불활성화되지 않도록 하기 위해 화학적 기능을 첨가해 바꾼 것이다. 이 예로 암피실린, 메타실린 등이 있다.원핵세포 생물은 일반적으로 세포 내의 화학작용이 진핵세포 생물인 사람과 매우 다르다. 다음 항생제들은 각각 서로 다른 방법을 통해 원핵세포 생물의 생장을 저해하고 또는 죽이기까지 한다. 이 항생물질들은 개개마다 세포벽 합성저해, 세포질막 손상유발, 핵산 및 단백질 합성저해를 한다.- 항생물질 종류1) 페니실린: 세포벽을 합성하지 못하도록 해 연약한 세포막이 터지기도 한다.2) 스트렙토마이신: 미생물의 리보솜에 작용하여 미생물이 단백질을 만들지 못하도록 방해한다.3) 테트라사이클린: 화학적으로 테트라사이클린핵을 가지고 있으며 미생물의 리보솜에ccus aureus는 그람양성균으로 두꺼운 펩티도글리칸 층을 가지고 있기 때문에, 용질이 세포 내에 많이 존재하기 때문에 세포내 삼투성을 가진다. 그렇기 때문에 그람음성균인 Escherichia coli보다 더 높은 농도인 10% NaCl에서도 생존이 가능한 것이다. 배지 내의 염 농도가 높아지면 삼투에 의해 세포막이 수축하여 세포벽에서 원형질체가 분리되는 원형질 분리가 일어나게 되는데, 그람양성균인 Staphylococcus aureus는 세포벽이 두껍기 때문에 팽압이 감소하여 세포막이 수축하더라도 두꺼운 세포벽이 균의 형태를 유지시켜 준다. 반면에 Escherichia coli는 그람음성균으로, 얇은 펩티도글리칸 층을 가지기 때문에 팽압이 감소할 때 세포막과 세포벽의 유지가 상대적으로 되기 어려워서 10, 15%의 NaCl에서는 증식하지 못하고 파괴된 것으로 보인다. Staphylococcus aureus는 10% 배지에서도 집락이 적게 형성되긴 하지만 0 ~ 5%일 때 많은 집락이 형성되었으므로 내염성 미생물 혹은 조건적 호염성균이라 예상하였는데 조사 결과 내염성균임을 알게 되었다. Escherichia coli는 5%일 때 집락이 엄청 적게 형성되고 0%일 때 많은 집락이 형성되었으므로 내염성균임을 알 수 있었다. 내염성균은 실제로 0.2M 이상 이하 모두 증식하지만 0.2M 식염 이하에서 더 잘 증식하므로 실험결과를 보고 예상한 것과 잘 부합했음을 알 수 있었다.세번째로, UV 실험에서 Escherichia coli, Bacillus subtilis, Staphylococcus aures 모두 UV가 노출된 환경에서, 노출 시간과 상관없이 모두 Colony를 형성하지 못하였다. 거의 모든 미생물은 UV에 민감하기 떄문에 장시간 UV에 노출되면 증식할 수 없는데, 실험 결과 또한 예상한대로 도출된 것을 알 수 있었다. 반면에, UV가 차단된 환경에서는, Staphylococcus aures, Bacillus subtilis, Escherichia coen

자연과학| 2020.11.14| 12페이지| 1,500원| 조회(1,088)

생명과학실험, 미생물실험, 미생물의 생장 요인

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