미생물학 Microbiology 생명산업과학대학 생물환경학과 김 정 호

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1 미생물학 Microbiology 생명산업과학대학 생물환경학과 김 정 호
미생물학 Microbiology 생명산업과학대학 생물환경학과 김 정 호 Department of Bio-Environmental Science Sunchon National University

2 교재 및 참고서 미생물학 입문 (제3판) 주우홍 외 역. 월드사이언스 Brock의 미생물학 (제13판)
오계헌 외 역, 월드사이언스

3 교재 및 참고서 일반미생물학 (8판) 김영민 외 역. 라이프사이언스 미생물학 오상진 저, 전남대학교 출판부

4 주의사항 교재 준비 및 예습, 복습 철저 강의 노트는 꼭 사전에 준비할 것 http://bioenv.sunchon.ac.kr
출석 관리에 유의 과제물 제출 기한 엄수 : 자필로 작성 휴대폰 관리 주의 보강 : 평일 10교시 이후 또는 토요일

5 성적평가 성적평가 시험 (중간, 기말, 퀴즈) : 80% 과제 : 10% 출석 : 10% 궁금한 점이 있으면?
시험 (중간, 기말, 퀴즈) : 80% 과제 : 10% 출석 : 10% 궁금한 점이 있으면? 농생대 2호관 1층

6 강의 내용 미생물이란? 미생물학의 발달 미생물의 특성과 종류 미생물의 분류와 명명 원핵세포와 진핵세포
세균의 특성, 형태 및 구조 진균(효모, 곰팡이)의 특성, 형태 및 구조 바이러스의 특성, 형태 및 구조 미생물의 영양과 증식 미생물의 생육에 미치는 환경의 영향 미생물의 대사 미생물의 유전

7 미생물이란? Department of Bio-Environmental Science
Sunchon National University

8 미생물이란? 미생물(微生物, microorganism, microbe) microbe : 1879
Charles-Emmanuel Sédillot (1804 – 1883) French military physician and surgeon Greek : micros “small”, bios "life" 크기가 작아 육안으로 관찰이 불가능한 생물체 직경 1 mm 이하 : 세부 구조 관찰 불가 직경 0.1 mm 이하 : 관찰 불가 현미경 (Microscope) 세균, 진균(곰팡이, 효모), 조류, 원생동물, 바이러스

9 미생물의 특성 지구상에 최초로 탄생한 생물체 크기가 작다 세포로 구성 (바이러스 제외)
구조가 간단 : 단세포, 조직분화가 안됨 다양한 종류 및 형태 다양한 대사활동 다양한 서식처

10 미생물 : 지구상에 나타난 최초의 생명체 우주 : 지구 : 45-50억년 미생물 : 35-38억년 인류 : ?
우주 : 지구 : 45-50억년 미생물 : 35-38억년 인류 : ? 스트로마톨라이트 (Stromatolite) 광합성 박테리아가 퇴적되어 생긴 화석 35억년 전의 것 호주 서부에서 발견 현재도 생성 중 : 호주 서부, 미국 플로리다 해안, …

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12 최초의 미생물은 우리들의 조상인가?

13 작은 벌레 미생물 미생물 (微生物, Microorganism) 크기가 작아 육안으로 관찰할 수 없다
현미경으로만 관찰 가능 : Microscopic size 세균 : ㎛ (10-6 m, 10-3 mm) 바이러스 : nm (10-9 m, 10-3 ㎛) 광학현미경 관찰 불가 (전자현미경) Submicroscopic size 대장균 (3900X)

14 미생물은 왜 작은가? 작은 것의 장점은?

15 미생물 : 작아도 생물입니다 고등 동식물과 같이 세포(cell)로 구성 세포 (cell) 모든 생명현상은 고등 동식물과 비슷
모든 생명활동을 수행하는 최소 구성단위 모든 생명활동은 세포의 활동에 기초 모든 세포는 일정한 특징을 공유 모든 생명현상은 고등 동식물과 비슷 유전자 구성, 영양섭취, 생장, 증식 등 예외 : Virus (Prion, Viroid ?) 생물 - 비세포성 생물 : 바이러스 세포성 생물 : 미생물, 식물, 동물

16 미생물 : 작아도 생물입니다 미생물 비세포성 미생물 (acellular microorganism)
Virus 세포성 미생물 (cellular microorganism) 단세포 미생물 (unicellular microorganism) 세균, 효모, 단세포 조류, 원생동물 다세포 미생물 (multicellular microorganism) 곰팡이, 다세포 조류

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18 Armillaria : Monster fungus
Three disease centers in a virgin, mixed conifer forest in western Montana. Armillaria grows out from a central focus as a single clone. The lowermost center covers nearly 20 acres.

19 나는 커도 미생물이다 버섯, 동충하초, 미역, 다시마, 김, 요정의 고리 (Fairy ring), …
동식물 : 조직분화 (Tissue differentiation) 세포(cell) - 조직(tissue) – 기관(organ) – 계 (system) – 개체(organism) 각 세포는 독립적으로 존재 불가 동물 : 줄기세포 (stem cell) 다세포 미생물 : 조직분화가 안됨 세포 덩어리 각 세포는 독립적으로 존재 가능

20 다양한 대사활동 별 걸 다 먹어요 생태계 유지 미생물을 이용한 환경정화 별 걸 다 만들어요, 별 짓을 다해요
생물지구화학적 물질순환 (biogeochemical cycle) 최종 분해자 미생물을 이용한 환경정화 난분해성 물질의 분해 생물정화 (bioremediation) 별 걸 다 만들어요, 별 짓을 다해요 미생물의 산업적 이용 2차 대사산물 : 항생물질 (antibiotics)

21 This Futuristic Concrete Heals Itself with Built-In Bacteria
By Mary Beth Griggs, May 21, 2015, Popular Science Concrete has been a go-to building material since Roman times. It’s durable, easy to make, and relatively inexpensive. There’s just one problem: It has a tendency to crack. There are a lot of different reasons that concrete cracks, but in general, it gets stressed either from the load its carrying, the weather, or other natural forces, and it fractures under the pressure. Regardless, cracked concrete is never something you want to see in a building, bridge, or street. At best, it’s something you want to avoid stepping on (for your mother’s sake), and at worst, it’s a sign of a structural defect that could lead to big problems--and huge repair bills--down the road. FA

22 This Futuristic Concrete Heals Itself with Built-In Bacteria
But concrete that heals itself is inching closer and closer toward reality. Henk Jonkers, a microbiologist at Delft University of Technology, is working on a concrete with built-in bacteria that can fill in cracks as they form. The bacteria are packaged in minuscule pellets, which together look like a fine, white powder. These pellets contain dormant Bacillus and/or Sporosarcina bacteria, as well as their food source, calcium lactate. The powdery substances are then mixed into wet concrete before it gets poured into place. When a crack forms and water seeps in, the bacteria "wake up," and start eating the food. As a result, the bacteria excrete a hard limestone filler, which fills in the crack and prevents the water from doing more damage (such as rusting the steel bars that are present in a lot of concrete structures).

23 This Futuristic Concrete Heals Itself with Built-In Bacteria
While many forms of concrete start breaking down after 20 to 30 years, these bacteria can stay dormant for 200 years without food, potentially extending the life of a concrete structure for decades past its expiration date. Other researchers in the U.K. are working on a very similar concrete project, and the idea of using bacteria as a glue or plaster (not built into the concrete) has been around for a few years. But Jonkers and his team have actually brought the concrete out of the lab and into the real world, using the concrete to build a self-healing lifeguard station. The building has already proved its resilience, cracking and quickly sealing its wounds. Jonkers hopes that eventually more buildings will be built with the biological concrete, creating structures that will fix themselves instead of degrading into fixer-uppers.

24 아무 곳에서나 살아요 나는 _____이 없는 세상에서 살고 싶다! 미생물이 없는 세상에서 살고 싶다? 광범위한 서식처
극한환경 (extreme environment) Extremophile 고세균 (archaebacteria)

25 Snow algae Sierra Nevada, California

26 Bacteria in boiling water Yellowstone National Park

27 Haloquadratum walshbi

28 Bacteria in Hydrothermal Vent (sulfur-oxidizing, at 350oC)

29 This Futuristic Concrete Heals Itself with Built-In Bacteria
By Mary Beth Griggs, May 21, 2015, Popular Science Concrete has been a go-to building material since Roman times. It’s durable, easy to make, and relatively inexpensive. There’s just one problem: It has a tendency to crack. There are a lot of different reasons that concrete cracks, but in general, it gets stressed either from the load its carrying, the weather, or other natural forces, and it fractures under the pressure. Regardless, cracked concrete is never something you want to see in a building, bridge, or street. At best, it’s something you want to avoid stepping on (for your mother’s sake), and at worst, it’s a sign of a structural defect that could lead to big problems--and huge repair bills--down the road. FA

30 This Futuristic Concrete Heals Itself with Built-In Bacteria
But concrete that heals itself is inching closer and closer toward reality. Henk Jonkers, a microbiologist at Delft University of Technology, is working on a concrete with built-in bacteria that can fill in cracks as they form. The bacteria are packaged in minuscule pellets, which together look like a fine, white powder. These pellets contain dormant Bacillus and/or Sporosarcina bacteria, as well as their food source, calcium lactate. The powdery substances are then mixed into wet concrete before it gets poured into place. When a crack forms and water seeps in, the bacteria "wake up," and start eating the food. As a result, the bacteria excrete a hard limestone filler, which fills in the crack and prevents the water from doing more damage (such as rusting the steel bars that are present in a lot of concrete structures).

31 This Futuristic Concrete Heals Itself with Built-In Bacteria
While many forms of concrete start breaking down after 20 to 30 years, these bacteria can stay dormant for 200 years without food, potentially extending the life of a concrete structure for decades past its expiration date. Other researchers in the U.K. are working on a very similar concrete project, and the idea of using bacteria as a glue or plaster (not built into the concrete) has been around for a few years. But Jonkers and his team have actually brought the concrete out of the lab and into the real world, using the concrete to build a self-healing lifeguard station. The building has already proved its resilience, cracking and quickly sealing its wounds. Jonkers hopes that eventually more buildings will be built with the biological concrete, creating structures that will fix themselves instead of degrading into fixer-uppers.

32 미생물학의 발달 Department of Bio-Environmental Science
Sunchon National University

33 Robert Hooke (Enagland, 1635 ~ 1703)
Micrographia, 1665 복합현미경 Cell

34 AntoniE van Leeuwenhoek (NetheRlandS , 1632 -1723)

35 미생물의 발견 Anton van Leeuwenhoek (Netherlands, 1632-1723)
취미 : 현미경 제작 (최대배율 270배) 관찰 (빗물, 후추 침출액, 맥주, 침 등) 1673, 작은 운동성의 생물 발견 – animalcules (미소동물) 최초의 미생물 현미경 관찰 보고 영국 왕립협회 (Royal Society) 1683, 세균 관찰 보고 1695 ‘현미경으로 밝혀진 자연의 비밀’ 50년에 걸쳐 관찰 결과 계속 발표

36 Antony van Leeuwenhoek
My work, which I’ve done for a long time, was not pursued in order to gain the praise I now enjoy, but chiefly from a craving after knowledge, which I notice resides in me more than in most other men. And therewithal, whenever I found out anything remarkable, I have thought it my duty to put down my discovery on paper, so that all ingenious people might be informed thereof. Letter of June 12, 1716 Antony van Leeuwenhoek

37 미생물학의 성립 Louis Pasteur Robert Koch France Germany ( ) ( )

38 Louis Pasteur (France, 1822-1895)
(미)생물의 자연발생설에 종지부 1861, Swan neck flask 이용 실험 발효현상은 미생물의 작용에 의한 것임 포도주의 저온살균법 (Pasteurization) 개발 미생물이 감염성 질병의 원인? 견사병 병원체 분리 및 예방법 개발 가축의 탄저병, 닭 콜레라, 광견병 백신 개발 파스퇴르 연구소 (Pasteur Institute) 미생물학의 아버지

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40 Robert Koch (Germany, 1843-1910)
Germ theory of disease 코흐의 가설 (Koch’s postulates) 탄저병균, 결핵균, 콜레라균, 흑사병균 발견 세균의 순수분리배양법, 세균 염색법 개발 Agar : Walther & Fanny Hesse Petri dish : Julius Petri 세균학의 아버지 1905 Nobel Prize in Physiology or Medicine Robert Koch Institute (RKI)

41 코흐의 가설 (Koch’s Postulates) Demonstrating the pathogenicity of a microorganism
1. Association (관련성) 특정 질병에 걸린 개체에는 반드시 특정 미생물이 존재하고, 건강한 개체에는 존재하지 않는다. 2. Isolation (분리) 특정 미생물은 특정 질병을 앓고 있는 개체로부터 분리되어 순수배양되어야 한다. 3. Causation (인과관계) 순수 분리∙배양된 병원균을 건강한 감수성 개체에 접종하면 동일한 증상의 특정 질병이 발생해야 한다. 4. Re-isolation (재분리) 실험적으로 질병을 일으킨 개체로부터 동일한 특정 병원균을 다시 순수 분리∙배양 할 수 있어야 한다.

42 Joseph Lister (England, 1827-1912)
Antiseptic surgery : Phenol (석탄산)

43 Edward Jenner (UK, ) Vaccination against smallpox

44 미생물학의 황금기 Golden Age of Microbiology
Emil von Behring (Germany, 1854 ~ 1917) Diphtheria Antitoxin 1901, Nobel Prize Howard Taylor Ricketts (USA, ) Rocky mountain spotted fever Rickettsia Walter Reed (USA, 1852 ~ 1901) Yellow fever & mosquito John R. Kissinger 1st YF volunteer

45 Paul Ehrlich (Germany, 1854-1915)
Salvarsan – Arsenic compound 606 ‘Magic Bullet’ 1908 Nobel Prize (with Metchnikoff)

46 Alexander Fleming (UK, 1881-1955)
Penicillin : A Fortunate Accident (1928) 1945, Nobel Prize

47 Alexander Fleming, Howard Florey, Ernst Chain
항생물질 (Antibiotics) Alexander Fleming, Howard Florey, Ernst Chain 1943, 페니실린의 정제 및 대량 생산 성공 Selman Waksman 1944, Streptomycin 발견 (Streptomyces griseus)

48 환경과 미생물 Martinus Beijerinck (Dutch, 1851 ~ 1931)
세균에 의한 질소고정 (nitrogen fixation) 발견 집적배양기술 (Enrichment culture technique) Sergei Winogradsky (Ukrainian-Russian, 1856 ~ 1953) 미생물에 의한 생물지구화학적 물질순환 Lithotrophy 발견 Beggiatoa : H2S을 산화하여 에너지 얻음 Nitrifying bacteria : chemoautotrophy 화학에너지를 이용하여 CO2 를 고정하여 당 합성 (광합성 : 빛 에너지 이용, photoautotrophy)

49 분자생물학과 미생물학 Microbiology Biochemistry Molecular Biology
Genetic Engineering & Biotechnology