박테리아의 유형과 용도
박테리아와 건강
오늘은 우리 몸에 꼭 필요한 박테리아의 유형과 용도에 대해서 살펴보도록 하겠습니다. 박테리아는 다른 생물체 내부 및 외부의 모든 환경에 존재 하는데, 개체 수로는 수백만에 이르지만, 실제 현미경상으로는 단세포 생물입니다. 일부 박테리아는 해롭지만 대부분은 좋은 역할을 합니다. 박테리아는 식물과 동물 모두 다양한 형태의 삶을 지원하며 산업 및 의약 과정에 사용됩니다.
박테리아는 약 40억년 전에 지구상에 나타나는 최초의 유기체로 생각됩니다. 가장 오래된 알려진 화석은 박테리아와 같은 생물체입니다. 박테리아는 대부분의 유기화합물과 일부 무기화합물을 식품으로 사용할 수 있으며 일부는 극한의 조건에서도 견딜 수 있습니다. 소화관 microbiome의 기능에 대한 관심 증가는 박테리아가 인간 건강의 역할에 대한 새로운 시각을 제시합니다.
박테리아란 무엇?
박테리아는 식물도 동물도 아닌 단일 세포 유기체입니다. 보통 길이가 수 ㎛이며 수백 만 공동체에 함께 존재합니다. 1g의 토양에는 일반적으로 약 4천 만 개의 박테리아 세포를 가집니다. 약 1㎖의 깨끗한 물에는 보통 약 백만 개의 박테리아 세포를 담고 있습니다. 지구는 최소한 5백정(nonillion)개의 박테리아가 있는 것으로 추정되며 지구의 바이오 매스의 대부분은 박테리아로 구성되어 있다고 생각됩니다.
박테리아의 유형
많은 종류의 박테리아가 있는데, 분류하는 방법 중 하나는 바로 박테리아의 모양에 의한 분류입니다. 각 모양그룹에는 많은 변형이 있습니다. 박테리아의 유형은 다음과 같습니다.
박테리아의 유형1, Spherical(구형)
공 모양의 박테리아는 콕시(cocci)라 불리며 단일 세균은 구균(coccus)입니다. 예를 들면, 패혈성 인두염(strep throat)은 연쇄상 구균(streptococcus)그룹에 포함이 됩니다.
박테리아의 유형2, 막대 모양
간균(단세균)으로 알려져 있습니다. 일부 막대 모양의 박테리아가 구부러져 있는데, 비브리오(vibrio)라고 합니다. 막대 모양 박테리아의 예로는 Bacillus anthracis(B. anthracis)또는 탄저균이 있습니다.
박테리아의 유형3, 나선형
나선균(spirillum)으로 알려져 있습니다. 코일이 매우 단단하면 스피로헤타(spirochetes)라고 합니다. 렙토스피라증, 라임병 및 매독은 나선 모양의 박테리아에 의해 발생합니다.
박테리아 구조
박테리아 세포는 식물과 동물 세포와 다릅니다. 박테리아는 원핵생물(prokaryote)이며 핵이 없다는 것을 의미합니다.
캡슐(Capsule)
박테리아의 세포벽 바깥에서 발견되는 층
세포벽(Cell wall)
펩티도글리칸(peptidoglycan)이라는 고분자로 만들어진 층. 세포벽은 박테리아의 형태를 부여합니다. 세포벽은 원형질막 외부에 있습니다. 세포벽은 그람 양성균이라 불리는 일부 박테리아에서는 더 두꺼운 편입니다.
플라즈마 막(Plasma membrane)
세포벽 내에서 발견되어 에너지를 생성하고 화학 물질을 운반합니다. 막은 투과성이어서 물질이 통과 할 수 있습니다.
세포질(Celltoplasm)
유전물질과 리보솜을 포함하는 원형질막 내부의 젤라틴 물질.
DNA
세균의 발달과 기능에 사용된 모든 유전적 지침이 들어 있으며, 세포질 내부에 있습니다.
리보좀(Ribosome)
단백질이 만들어지거나 합성되는 곳입니다. 리보솜은 RNA가 풍부한 과립으로 구성된 복잡한 입자입니다.
편모(Flagellum)
박테리아의 일부 유형을 추진하는 운동에 사용됩니다. 박테리아에 하나 이상의 편모가 있을 수 있습니다.
선모(Pili)
바깥 쪽에 있는 털 같은 부속물은 표면에 달라 붙어 유전물질을 다른 세포로 옮깁니다. 선모는 인간의 질병 확산에 기여할 수 있습니다.
먹이
박테리아는 다른 방식으로 먹이가 공급됩니다. 이종 영양 박테리아 또는 종속 영양 세균은 유기탄소를 소비하여 에너지를 얻습니다. 대부분은 육체를 분해하는 것과 같이 죽은 유기 물질을 흡수합니다. 이 기생 박테리아 중 일부는 숙주를 도와 주지만, 일부는 숙주를 죽이기도 합니다.
독립영양(Autotrophic)박테리아의 먹이 공급 방법 하나를 통해 자신의 음식을 만듭니다. :
• 광합성 : 햇빛, 물 및 이산화탄소의 사용
• 화학 합성 : 이산화탄소, 물, 암모니아, 질소, 황 등의 화학 물질 사용 광합성을 사용
박테리아를 광독립영양생물(photoautotrophs)이라고 합니다. 일부 유형, 예를 들어 시아노박테리아(cyanobacteria)는 산소를 생성합니다. 이 박테리아는 아마도 지구 대기에서 산소를 생성하는데 중요한 역할을 했을 것입니다. 헬리오 박테리아와 같은 다른 박테리아들은 산소를 생성하지 않습니다.
화학합성을 이용하는 박테리아는 화학적 독립영양 생물(chemoautotrophs)로 알려져 있습니다. 이 박테리아는 일반적으로 바다 분출구와 알팔파, 클로버, 완두콩, 콩, 렌즈 콩 및 땅콩과 같은 콩과 식물의 뿌리에서 발견됩니다.
박테리아가 사는 곳은?
박테리아는 토양, 물, 식물, 동물, 방사성 폐기물, 지표의 깊은 곳, 북극의 얼음과 빙하, 그리고 온천에서 발견 할 수 있습니다. 성층권에는 대기 중 9.7~48㎞, 해수 깊이는 10,000 미터 이하에도 박테리아가 있습니다.
호기성 생물 또는 호기성 박테리아는 산소가 있는 곳에서만 자랄 수 있습니다. 일부 유형은 부식, 오염, 물의 깨끗함의 문제 및 악취와 같은 인간환경에 문제를 일으킬 수 있습니다.
혐기성균 또는 혐기성 박테리아는 산소가 없는 곳에서만 자랄 수 있습니다. 사람의 경우 주로 위장관에 있으며 가스, 괴사, 파상풍, 보툴리누스 중독 및 대부분의 치과 감염을 일으킬 수 있습니다.
조건적 호기성균 또는 조건적 호기성 박테리아는 산소가 있건 없건 간에 살 수 있지만 산소가 있는 환경을 선호합니다. 주로 토양, 물, 식물 및 인간과 동물의 일부 정상적인 식물상에서 발견됩니다. 예에는 살모넬라 균을 들 수 있습니다.
중온성균 또는 중온성 박테리아는 대부분의 인간 감염에 연관이 있는 박테리아입니다. 약 37 ℃의 적당한 온도에서 번식하는데, 바로 우리 몸의 온도입니다. 예로는 Listeria monocytogenes, Pesudomonas maltophilia, Thiobacillus novellus, Staphylococcus aureus, Streptococcus pyrogenes, Streptococcus pneumoniae, Escherichia coli, and Clostridium kluyveri.
인간의 장내균 또는 내장 미생물균유전체(microbiome)는 락토바실러스 아시도필루스(Lactobacillus acidophilus, 유산균)와 같은 유익한 중온성 박테리아를 함유하고 있습니다.
극한성 생물(Extremophiles) 또는 극한성 박테리아, 대부분의 생활 양식에 매우 극단적인 조건에서도 견딜 수 있습니다. 호열성 생물은 최대 75~80℃ 의 고온에서 살 수 있으며, 초고온성 생물은 최대 113℃ 의 온도에서 생존 할 수 있습니다.
바다 속 깊은 곳에 있는 박테리아는 온도와 압력 모두가 높은 열 분출구를 통해 어둠 속에 살고 있습니다. 이러한 박테리아는 지구 깊은 곳에서 유황을 산화시켜 자신들의 먹이를 만듭니다.
기타 극한성 생물은 다음과 같습니다 :
• 소금 환경에서 발견되는 호염성균
• 호산성균 일부는 산도가 pH 0 인 환경에서 산다.
• pH 10.5 이하의 알칼리성 환경에서 살고있는 알칼리성균
• 빙하에서와 같이 추운 곳에서 발견되는 저온성균
극한성 박테리아(Extremophiles)는 다른 유기체가 할 수 없는 곳에서 생존 할 수 있습니다.
박테리아의 번식 : 복제 및 변형
박테리아는 다음 방법을 사용하여 번식하고 변경할 수 있습니다.
• 박테리아의 번식1 : 이원 분열 (Binary Fission)
새로운 세포 벽이 중심을 통해 자랄 때까지 세포가 계속 성장하여 두 개의 세포를 형성하는 무성생식 형태. 동일한 유전물질을 가진 두 개의 세포를 만드는 별도의 세포입니다.
• 박테리아의 번식2 : 유전물질 전달
세포는 접합, 형질 전환 또는 형질 도입으로 알려진 과정을 통해 새로운 유전 물질을 얻습니다. 이러한 과정을 통해 박테리아가 항생제 치료와 같은 위협에 저항 할 수 있게 되었습니다.
• 박테리아의 번식3 : 포자(Spore)
일부 유형의 박테리아가 자원이 부족할 때 포자를 형성 할 수 있습니다. 포자는 생물체의 DNA 물질을 보유하고 발아에 필요한 효소를 함유하고 있습니다. 포자는 환경 스트레스에 매우 강하고, 적절한 조건이 발생할 때까지 수세기 동안 비활성 상태를 유지할 수 있고, 다시 활성화되어 박테리아가 될 수 있습니다.
포자는 자외선(UV) 및 감마선 조사, 건조, 기아, 화학물질 노출 및 극심한 기온과 같은 환경적 스트레스 기간 동안에도 생존 할 수 있습니다. 일부 박테리아는 내부포자를 생성하는 반면, 다른 박테리아는 외부로 방출되는 외부포자를 생산합니다. 이러한 포자는 낭종으로 알려져 있습니다.
클로스트리디움(Clostridium)은 내재포자 형성 세균의 한 예입니다. 식중독에 치명적인 Clostridium botulinim 또는 보툴리눔 식중독, 대장염 또는 다른 장기 문제의 원인인 클로스트리디움 디피(Clostridium difficile)를 포함하는 클로스티리디움의 100가지 종이 있습니다.
박테리아의 용도
박테리아는 종종 나쁜 것으로 생각되지만, 많은 부분 도움이 됩니다. 우리가 숨을 쉴 수 산소도 박테리아의 활동에 의해 만들어 진 것과 같이 우리는 박테리아 없이는 존재하지 않을 것입니다. 박테리아의 용도는 다음과 같습니다.
박테리아의 용도1, 인간 생존
신체의 많은 박테리아가 인간의 생존에 중요한 역할을 합니다. 소화기관의 박테리아는 복합 설탕과 같은 영양소를 신체가 사용할 수있는 형태로 분해합니다. 또한 비유해성 박테리아는 병원균이나 질병을 유발하는 박테리아가 달라붙으려고 하려는 장소를 차지함으로써 질병을 예방하는 데 도움이 됩니다. 일부 박테리아는 병원체를 공격하여 질병으로부터 우리를 보호합니다.
박테리아의 용도2, 질소 고정
박테리아는 질소를 흡수하여 죽을 때 식물을 위해 질소를 방출합니다. 식물은 살기 위해 토양에 질소가 필요하지만 스스로 할 수는 없습니다. 이를 보장하기 위해 많은 식물 종자에는 식물이 자라날 때 사용되는 작은 박테리아가 담겨 있습니다.
박테리아의 용도3, 식품 기술
Lactobacillus 와 Lactococcus와 같은 유산균과 효모 및 곰팡이 또는 진균류는 치즈, 간장, 낫토(발효콩), 식초, 요구르트 및 절임과 같은 식품을 만드는데 사용됩니다. 발효는 식품 보존에 유용 할 뿐만 아니라 건강 상의 이점을 제공 할 수 있습니다. 예를 들어, 일부 발효 식품에는 위장관 건강과 관련된 박테리아 유형이 있습니다. 일부 발효 과정은 항 염증 효과가 있는 것으로 보이는 젖산과 같은 새로운 화합물을 만듭니다.
박테리아의 용도4, 산업 및 연구 분야의 박테리아
박테리아가 유기 화합물을 파괴 할 수 있습니다. 즉, 쓰레기 처리 및 기름 유출 및 유독성 폐기물의 청소와 같은 활동에 유용합니다. 제약 및 화학 산업은 특정 화학 물질 생산에 박테리아를 사용합니다. 박테리아는 빠르게 자라며 상대적으로 조작하기 쉽기 때문에 분자 생물학, 생화학 및 유전 연구에 사용됩니다. 과학자들은 박테리아를 사용하여 유전자와 효소가 어떻게 작용하는지 연구합니다. 박테리아는 항생제를 만드는 데 필요합니다. Bacillus thuringiensis (Bt)는 살충제 대신에 농업에 사용할 수있는 박테리아입니다. 살충제 사용과 관련하여 바람직하지 않은 환경적 영향을 미치지 않습니다.
위험
일부 유형의 박테리아는 콜레라, 디프테리아, 이질, 전염병, 폐렴, 결핵, 장티푸스 등과 같은 사람의 질병을 일으킬 수 있습니다. 만일 우리 몸에 도움이 되지 않는 박테리아가 노출이 되면, 우리 몸의 면역계가 이를 공격 할 것입니다. 이러한 면역반응은 예를 들어 감염된 상처에서 볼 수 있는 붓기와 염증 증상을 유발할 수 있습니다.
항생제 내성
1900년에 폐렴, 결핵 및 설사가 미국에서 가장 큰 사상자를 낸 원인이였습니다. 살균기술과 항생제 치료로 세균성 질병으로 인한 사망률이 크게 감소했습니다. 그러나 항생제를 과용하면 세균 감염을 치료하기가 더 어려워집니다. 박테리아가 변이되면 기존의 항생제에 내성을 갖게되어 감염을 치료하기가 더 어려워집니다. 박테리아는 자연적으로 변형되지만 항생제의 과용은 이러한 변형 과정을 가속화합니다.
이런 이유로 필요하지 않으면 의사들에게 항생제를 처방하지 말고, 좋은 음식위생, 손 씻기, 예방 접종, 콘돔 사용과 같은 질병 예방 방법을 습관화하도록 하고 있습니다.
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