미생물(microorganism)이란, 맨 눈으로는 관찰할 수 없는 작은 생물이다.
동물계 미생물과 식물계 미생물로 나뉘는데, 일반적으로 미생물 반응공정에 이용되는 유용한 미생물은 식물계에 속한다.
미생물의 분류
미생물 분류의 기본단위는 '종(species)'이고, 유사한 종이 모여 '속(genus)'을 이룬다.
속보다 큰 단위는 과(family), 목(order), 강(class), 문(phylum 또는 division), 계(kingdom)로 구분된다.
체계(hierarchy):
역(domain), 계 (kingdom), 문 (phylum 또는 division), 강 (class), 목 (order), 과 (family), 속 (genus), 종 (species)
생물계는 동물, 식물, 원생생물로 나누고, 미생물은 원생생물에 포함시킬 수 있다.
미생물은 다시 동물이나 식물과 같이 분화된 핵을 갖는 진핵생물(eucaryote; true nucleus)과
원시상태의 핵을 갖는 원핵생물(procaryote; before nucleus)로 나뉜다.
원핵생물은 진정세균(euvacteria)과 고세균(archae-bacteria)으로 세분된다.
여기서 질문!!)
원생생물(Protista)는 eukaryota(유케리오트)인가 Prokaryota(프로케리오트)인가??
eukaryota(유케리오트)!!
<additional point>
원핵과 진핵의 차이를 확실히 구분하고, 차이점을 알아야 나중에 공정과정을 이해하기가 수월해진다.
원핵세포와 진핵세포의 차이
원핵세포는 막(membrane)이 제대로 발달되지 않아 세포 내부가 소기관(organelle)이 뚜렷이 구분되지 않는 특징을 갖는다.
-진핵생물에 널리 분포하는 인트론(intron)이 원핵생물 유전자에는 발견되지 않는다.
-진핵세포는 미토콘드리아, 골지체와 같은 다른 organism이 존재한다.
<additional point> 식물세포와 동물세포의 특징도 정리하기!!
미생물의 종류 (주로 생물화학공학에서 쓰이는 미생물 위주로 공부할 예정)
미생물의 분류는 주로 형태학적인 차이에 의해 구분된다. 여기서 주로 광학현미경이 이용된다.
세포의 외부구조는 주사전자현미경에 의해, 내부구조는 투과전자현미경이 발달함에 따라 상세히 밝혀지고 있다.
1. 세균(bacteria, 박테리아)
- 외형적인 형태에 따라 이름을 명명
구형의 구군(coccus,코커스) / 원통형의 간균(bacillus,바실러스) , 비브리오(vibrio) , 나선균(spirillum) 등으로 나뉜다.
- 생육 특성에 따라 두가지로 구분하는 방법
산소를 필요로 하는 호기성균 / 산소가 있을 경우 생육 저해를 받는 혐기성균으로 나뉜다.
-세포벽 구조의 차이에 따라 구분하는 방법
그람양성세균의 세포:
그람 염색법(Gram staining)에 의해 염색이 되는 그람 양성균(Gram positive)
여러 층의 펩티도 글리칸(peprtidoglycan)층으로 두껍고 단단한 세포벽을 지니고 있다.
펩티도클리칸(단백질, 지질, 탄수화물로 구성된 지질 2중층 내막인 세포질막과 teichoic acid 와 공유결합한 층)
그람음성세균의 세포:
그람 염색법(Gram staining)에 의해 염색이 되지않는 그람 음성균(Gram positive)
내막과 얇은 페티도글리칸 층에 의해 지지되는 외막9outer membrane)을 갖고 있다.
2. 효모(yeast, 이스트)
- 단세포, 때로는 사상 또는 위균사를 나타내기도 한다.
- 효모의 포자는 알맞은 영양과 온도에서 발아하며, 대부분 출아에 의해 번식한다.
- 세균보다 산에 강하므로 낮은 pH에서 배양하여 오염의 기회를 줄일 수 있다.
- 20~28도에서 잘 자란다.
3. 사상균(mold, 몰드)
- 실 모양의 가지로 된 균사(hyphae)로 이루어진다.
- 광합성을 하지 않고 포자를 만들어 증식하는 미생물을 총칭, 미생물 중에서 가장 진화된 부류.
- 액체배양에서는 보통 pallet를 형성하며 분열을 한다.
4. 조류(algae,알개)
- 엽록소가 있어 광합성 능력이 있고, 증식을 위해선 빛을 필요로 한다.
- 남조(blue-green algae), 녹조(green algae), 홍조(red algae), 갈조(brown algae), 규조(diatom) 등이 있다.
- 여기서 남조류는 세균으로 분류되기도 한다.
여기서 질문!!)
바이러스는 미생물에 속하는가??
Yes라고는 하는데... 음....
균체의 구성성분
- 미생물 종류에 따른 균체 성분
미생물의 균체는 화학적으로 약 80%의 수분을 함유한다.
그 외에 단백질, 탄수화물, 지질, 핵산, 비타민 및 무기물로 구성되어 있다.
균체의 화학성분은 미생물의 종류에 따라 다르다.
같은 균주라고 할지라도 배지조성, 배양시간, 증식속도 등에 의해 변동된다.
이를 통해, 배양을 할 떄 어떤 성분을 추가해야 하는지 알 수 있다.
- 균체의 구성원소와 무기물
미생물 종류에 따른 무기물 성분 중에는 P, K가 가장 많고, Ca, Mg, Na, Cl, Fe, Zn, Si 순으로 구성되어 있다.
이외의 미량원소는 Al, Cu, Mn, Co 등이 있다.
영양원의 영향
미생물의 종류에 따라 에너지원, 질소원 등으로 이용되는 물질의 종류는 다르다.
일반적으로 미생물의 영양요구성과 에너지원의 차이에 따라 미생물을 분류할 수 있다.
에너지원으로 광을 이용하는 광합성 미생물(phototroph)과
화학적 에너지원에 의존하는 화학합성 미생물(chemotroph)로 크게 나눈다.
주요 탄소원으로 co2를 이용할 수 있는 미생물을 독립영양균(autotroph)라고 하며,
유기탄소원에 의존하는 종속영양균(heterotroph)으로 구분한다.
또한, 둘 다 이용할 수 있는 미생물을 혼합영양균(mixotroph)이라고 한다.
영양요구에 의한 미생물의 분류
온도의 영향
미생물의 증식은 온도에 매우 민감하며,
균주에 따라 증식이 인정되는 최고온도-최저온도 사이의 온도 범위를 기본적 온도(cardinal tempertature)라고 한다.
이는 증식이 가능한 최저온도 / 비증식속도가 최고에 달하는 최적온도 / 증식이 가능한 최고온도로 구분한다.
미생물 증식의 온도 의존성
pH의 영향
미생물의 증식은 pH에 크게 영향을 받으며, 미생물의 종류에 따라 각각의 최적 pH가 있다.
대표적인 미생물 증식에 대한 pH의존성은 이 그림과 같다.
최적 pH를 중심으로 종(bell)모양을 이루며, 좌우 대칭형을 이룬다.
일반적으로 세균은 pH 6.5-8.0 범위인 중성 또는 약알칼리에서 잘 자라고, 효모와 곰팡이는 pH 4.0-6.0 범위의 약산성에서 잘 자란다.
미생물의 증식에 미치는 pH 영향
산소의 영향
미생물 증식에 필요한 산소 요구성의 유무와 강약에 따라 분류할 수 있다.
편성 혐기성균(obligate anaerobe)
절대 혐기성균이라고도 하며, 산소를 이용하지 못할 뿐만 아니라 산소는 균체에 유독하다.
Clostridium 속 , Methanobacterium 속 등이 여기에 속한다.
내성 혐기성균(aerotolerantanaerobe)
산소가 존재하는 환경에서 생육할수없지만 생존이 가능하거나 혹은 호기적인 환경 하에서 약간 생육할 수 있다.
통성 혐기성균(facultative anaerobe)
산소를 이용하기도 하며, 산소가 없어도 증식한다. 산소가 있는 쪽이 생육이 좋다.
대장균, 효모 등이 있다.
미호기성균(microaerobe)
대기(大氣) 산소 농도보다 낮은 농도(2∼10%)의 산소를 필요로 하며, 이보다 높은 산소농도에서는 증식하지 않는다.
수소산화균등이있다.
편성 호기성균(obligate aerobe)
증식에 산소를 필요로 하는 미생물로 곰팡이 등이 여기에 속한다.
산소 농도에 따른 미생물의 생육상태
미생물 반응의 특징 장점과 단점을 명확히 알기
미생물 반응은 공업화의 소재로 여러 이점이 있다.
1. 미생물은 경우에 따라 유익한 "생화학적" 물질을 분비하거나 분비를 유도할 수 있다.
2. 미생물의 증식속도는 고등생물에 비해 매우 빠르다.
3. 미생물의 생산성은 전통적인 농업에 비해 매우 높다.
여러 장점에도 불구하고 다음과 같은 단점이 있다.
1. 배양조건에 따라 생리적 또는 형태적으로 매우 복잡하게 변한다.
2. 배양 중 변이가 발생하는 등 균주의 활성을 장기간 유지하기 어렵고, 새로운 균주를 개발하는 데 비용이 많이 든다.
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