제19장. 원핵생물과 바이러스 원핵세포의 특징 주요 원핵생물군 바이러스 병원균

1. 원핵세포(Prokaryote) 모든 생물 중 가장 작고, 가장 많으며, 다양한 대사 수행. 오랜 진화역사를 가진다(38억년 전 출현) 구조적 특징: 핵막이 없다, 투과성 세포벽, 플라젤린으로 구성된 편모와 선모, 자가복제성 플라스미드(plasmid)들 가짐(세균 접합시 성선모(sex pili) 통해 다른 세균으로 전달 가능) 대사의 다양성: 광독립영양성, 화학독립영양성, 광종속영양성, 기생성화학종속영양생물 생장 및 생식: 원핵세포성 분열(prokaryotic fission) 분류: 여러 특징을 고려한 수리분류학유전자 분석 및 생화학적 방법 이용: 혼합유전체 양상(접합 등에 의한 측면 유전자 전달 때문).

원핵세포의 특징 요약

원핵세포의 모양과 구조 nucleoid 진핵성 편모나 세포벽과는 다른 구조이다. 원핵세포에서 흔히 나타나는 모양과 구조물.

분열(fission)에 의한 생식 진정세균과 고세균만이 이러한 세포분열 메커니즘으로 증식한다.

세균의 접합(Conjugation) A)편모형 병원체인 위궤양균(Heilcobacter pylori). B)두 대장균 사이의 접합. 이러한 과정으로 세균은 자손 세포가 아니라 동등세대의 다른 개체에 유전자를 전달한다(유전자의 측면전달, lateral gene transfer)

2. 진정세균계(Eubacteria) 대표적 그룹 남세균(Cyanobacteria): 탄소, 질소, 산소 등 주요 영양분을 순환시키는 광독립영양생물(photoautotrphs). 엽록체와의 연관성.ex)스피룰리나(spirulina), 지의류(남세균과 균류의 공생체), 아나베나(Anabaena)-이질세포를 갖는 질소고정자. 그람 양성균 @: 두꺼운 세포벽을 가지는 화학종속영양성 생물. 내생포자(endospore)를 형성하기도 한다. Ex)젖산균, 클로스트리듐 (식중독), 탄저균 (피부, 호흡기 등), 파상풍균 (신경독성), 보툴리누스 균 (근육마비) 등. 단백질 분해세균(Proteobacteria): 가장 크고 다양한 그룹. 그람 음성균. Ex)대장균, 뿌리혹세균 (콩과식물에서 질소고정), 근두암종균(A. tumefaciens) 등. 클라미디아(Chlamydia): ATP를 생산하지 못하는 성병과 관련된 기생성 생물 스피로헤타(Spirochetes): 나선형 운동성 생물. Ex)라임병균 혹은 흰개미 장내에서 목재 소화를 도움. 세균의 특징: 작고 단순한 체제를 갖지만 매우 다양한 대사를 수행하며 독특한 성질을 갖는다(호기성, 혐기성, 자기주성, 군체 형성 세균 등)

세균의 계통 생물의 주요 계통. 세균의 주요계통은 붉은 선으로 나타내었다.

남세균 남세균. 왼쪽-부영양화된 연못표면의 거대 집다. 오른쪽-일부 세포는 성장 환경이 불리해지면 휴면포자나 이질 세포(heterocyst-질소를 암모니아로 전환시켜 다른 세포에 질소화합물을 제공하고 대신 탄수화물을 얻음: 기능적 분화)로 변한다.

세균의 내생포자(Endospore) 세균 세포체의 휴면구조인 내생포자. 사진은 파상풍균 내에 형성된 내생포자를 보여준다.

세균의 크기 세균은 비교적 모두 작지만 가장 큰 세균은 육안으로도 보인다. 사진은 가장 큰 세균인 Thiomargarita namibiensis로 대부분 질산을 함유한 대형 액포로 가득 차 있다.

라임병과 스피로헤타 진드기에 의해 매개되는 질병인 라임병을 일으키는 스피로헤타, Borrelia burgdorferi). c)진드기에 물린 자리 진드기에 의해 매개되는 질병인 라임병을 일으키는 스피로헤타, Borrelia burgdorferi).

3. 고세균계(Archaebacteria) 원핵성이지만 세균보다는 진핵생물과 더 유사한 점이 있다(1970년대 rRNA비교 실험으로 세번째 생물영역으로 분류됨). 대다수가 극한 환경(Extreme environment)에 서식. 메탄생성세균(Methanogen): 절대혐기성, 최종전자수용체로 CO2를 사용하며 수소가스나 초산으로부터 전자를 얻고 이 과정에서 메탄을 생성한다. 지구의 탄소순환에 영향이 큼. 극한호염성세균(Extreme halophile): 사해나 대염호 등 고농도의 염분 환경에 서식.독특한 세균 로돕신으로 빛을 이용하기도 함. 극한 호열성세균(Extreme thermophile): 80도 이상의 유황온천수나 열수공에 서식. PCR을 위한 효소 제공. 생명체가 해저에서 유래했을 것. Crenarchaeote중 Nanoarchaeum equitans는 가장 작은 세포로 유일한 기생성 고세균. 같은 장소의 세균과 고세균은 자주 유전자를 교환하기도 함.

고세균계(Archaebacteria)의 주요 계통 고세균의 주요 계통(붉은 선). 생물의 세 영역 중 한 영역을 차지한다. 비교적 최근에 정의된 영역이다.

메탄생성 고세균 심해의 열수구 부근에서 분리된 메탄생성 세균. 소의 소화관에도 3개 속의 고세균이 분리되었다.

극한 환경의 생명체들 A)유타 주 대염호의 소금물 증발호수에 사는 극한 호염성 세균들이 호수를 분홍색으로 만들었다. B)옐로스톤 국립공원의 온천수. 이 색깔도 고세균에 의한 것이다. C)기생성 N. equitans들. 작은 것이 큰 것에 부착된 형태로 자란다. 이들은 100도의 열수구 근처에서 분리되었다.

4. 바이러스(Virus)와 비로이드(Viroid) Virus:단백질 외피 내에 DNA나 RNA를 가지고 있는 감염성 입자. 특이 숙주 절대 기생성. 병원성. 바이러스의 연구: 배양이 쉬운 박테리오파아지(세균성 바이러스) 유전공학 연구 바이러스의 생활사: 부착침투복제와 단백질 합성조립 방출 박테리오파지의 생활사: 용해성 회로(lytic cycle) & 용원성 회로(lysogenic cycle) Viroid: 단백질 외피가 없는 환형 RNA로 단백질 암호화 유전자가 없다. 농작물 병원체. 진핵생물 DNA의 비번역부위와 유사.

바이러스들의 구조 d. 피막성 바이러스 Ex)HIV b.복합형 바이러스 a.막대형바이러스 Ex)박테리오파지 Ex)TMV c.다면체형 바이러스 Ex)아데노바이러스 (호흡기 혹은 안과질병) b.복합형 바이러스 Ex)박테리오파지 a.막대형바이러스 Ex)TMV e. 인플루엔자 바이러스 -당단백질 돌기가 있는 피막을 갖는다. f. 헤르페스 바이러스 -피막성 바이러스 (입술 물집)

박테리오파지의 생활사 용균회로(lytic cycle)와 용원회로(lysogenic cycle)

5. 진화와 감염성 질병 감염(infection):단세포나 다세포성 병원체 혹은 유전물질이 침입한 것. 질병(disease): 병원체가 증식하여 이들의 대사활동이 인체활동을 방해하는 것. 전염병(epidemic disease): 짧은 시간 내에 일부 집단 내에서 빠르게 전파되는 감염성 질환. 유행병(pandemic disease): 같은 시간 동안 여러 지역에서 동시에 발생하는 전염병 병원체의 전략상의 문제: 감염된 개체의 방어력(공진화), 숙주의 조기 사망 항생제: 방향성 진화, 측면 유전자 전달 항생제, 항바이러스 제제에 저항성을 가지는 균주 발생 식품유래 질병과 광우병:0157:H7(병원성 대장균), 해면뇌병증(프리온-유전 물질이 없는 단백질성 병원체)

신종 질병과 바이러스 SARS 바이러스 결핵균 돌연변이로 숙주 감수성이 변한 바이러스는 신종 질환을 일으킨다. 항생제 내성 균주들은 새로운 위협이 된다.

여러 가지 전염병

해면뇌병증(Spongiform encephalopathy): Prion에 의한 질병 vCJD에 걸린 환자 싱 해면뇌병증에 걸린 뇌 정상 프리온 단백질 잘못 접혀진 프리온 단백질은 소의 해면뇌병증(Bovine Spongiform encephalophathy), 인간에서의 변형 크로이츠펠트-야콥씨 병(vCJD), 사슴과 엘크의 스크래피(Scrapie) 등 퇴행성 질병을 일으킨다.