미생물 제어 Antimicrobial Control

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1 미생물 제어 Antimicrobial Control

2 미생물 제어 (Antimicrobial Control)
미생물 : 빠른 증식 속도 . 산업적 이용? . 식품? . 병원 미생물? 미생물 제어의 필요성 정균 (-static) 살균 (-cidal) 멸균 (sterilization) in vitro control in vivo control

3 미생물 제어 방법 물리적 제어 (Physical control) . 열처리 (Heat treatment)
. 방사선 (Radiation) . 여과 (Filtration) . 냉장, 냉동 (Freezing, Refrigeration) 화학적 제어(Chemical control) . 화학약품 . 항생물질 (Antibiotics)

4 가열멸균 (Heat Sterilization)
열처리의 살균 효과 . 생체 고분자 물질의 변성 단백질 (효소) 세포막 지질 . 온도가 높을 수록 살균 효과 큼 건열(dry heat)보다 습열(moist heat)이 살균 효과 큼 . D-value . Z-value

5 저온살균 (pasteurization)
. 병원미생물 사멸 세균의 내생포자 등은 생존 . 저온처리법 (holding method) : 62.9℃, 30 min 순간살균법 (flash method) : 71.6℃, 15~30 sec 고온순간살균법 (ultraflash method) : 82℃, 3 sec 고온멸균 (Moist heat sterilization) . 세균의 내생포자 포함 모든 생물체 사멸 . 고온고압멸균기 (Autoclave) 사용 : 121℃, 15 min 이상 건열멸균 (Dry heat sterilization) . 160~180℃, 2 hr 이상

6 방사선 살균 (Radiation Sterilization)
방사선 조사 효과 . 주로 핵산 파괴 . 자유 라디칼 (free radical) : 생체 성분의 화학적 변화 . 파장이 짧을 수록 살균 효과 큼 Microwave . 주로 가열 효과 자외선 (Ultraviolet, UV) . DNA에 피리미딘 이량체(Pyrimidine dimer) 형성 . 투과력 낮음 . 건조 표면, 공기, 물 살균에 사용 . 파장 254 nm 부근이 효과 큼 (DNA의 흡수최대파장, λmax)

7 이온화 방사선 (Ionizing radiation)
. 피폭 분자의 이온화 자유라디칼 생성(free radical) . X-ray, gamma ray, electron beam γ-ray (60Co, 137Cs) : 의료•실험용품, 의약품, 이식용 조직

8 여과 제균 (Filtration) 여과 (Filtration) . 열에 약한 용액의 멸균 . Depth filter
Membrane filter (absolute filter) 세균 : 0.2 ~ 0.5 ㎛ 바이러스 :

9 냉장, 냉동 냉장 (Refrigeration) . 멸균 수단이 아님 . 미생물의 증식 억제
* Psychrophiles, Psychrotrophs * 미생물 보존에 사용 냉동 (Freezing) . 완전한 멸균 수단이 아님 . 미생물 보존에 사용 : 냉동상해 방지가 필요함

10 Sir Joseph Lister British surgeon (1827 – 1912) Pioneer of antiseptic surgery Phenol (carbolic acid)

11 화학적 제어 소독 (disinfection) : 무생물 소독제 (disinfectant)
피부소독 (antisepsis) : 생체 표면 피부소독제 (antiseptic agent) 화학적 살균제 (antimicrobial chemicals) . 미생물을 사멸시키거나 미생물의 증식을 저해하는 화학 약품 . 살균제 (Cidal agent) Bacteriocidal, Fungicidal, Viricidal agents 정균제 (Static agent) Bacteriostatic, Fungistatic, Viristatic agents . 생체 사용 : 선택적 독성(Selective toxicity) 필요

12 Alcohol Ethanol (Ethyl alcohol), Isopropanol (Isopropyl alcohol) 70% (60 – 85%) 단백질 변성, 세포막 지질 용해 세균, 진균, 바이러스에 유효 (포자에는 효과 없음) 단점 : 낮은 침투력, 증발 Aldehyde Formaldehyde, Glutaraldehyde 단백질, 핵산과 반응 독성에 주의

13 계면활성제 (Surface active agent)
4가 암모늄염 (Quaternary ammonium salt) 효소와 단백질의 변성, 세포막 용해 페놀 화합물 (Phenols) Lysol, Hexaresorcinol, Hexachlorophene Trichlosan

14 과산화수소 (Hydrogen peroxide)
불안정 : Benzoic acid와 함께 사용 (6%) Catalase : 에틸렌 옥사이드 (Ethylene oxide) 실험용 , 의료용플라스틱 제품의 멸균 (Gas sterilization) 오존 가스 (Ozone gas)

15 할로겐 화합물 (Halogen compounds)
염소 화합물 요오드 화합물 중금속 은 (Ag) : silver nitrate 수은 (Hg) : Mercurochrome 구리 (Cu) : copper sulfate * 보르도액

16 인체에 해를 끼치지 않으면서, 인체 내의 병원균을 사멸시킬 수
화학요법제 Robert Koch (Germany, ) 질병의 배종설 (germ theory of diseases) 화학요법제 (chemotherapeutic agents) 인체에 해를 끼치지 않으면서, 인체 내의 병원균을 사멸시킬 수 있는 화학물질 감염성 질환의 치료 선택적 독성 (selective toxicity)

17 Dreams of a ‘Magic Bullet’ Salvarsan – Arsenic compound 606
Paul Ehrlich ( ) 1908 Nobel Prize (with Metchnikoff)

18 Salvarsan (Arsphenamine, Arsenic compound 606)
매독 치료에 효과적 비소 화합물 Protonsil 1932 at Bayer Laboratories of Germany Gerhard Domagk (1939 Nobel Prize) 최초의 sulfonamide계 항생물질 Sulfa drugs Sulfanilamide, Sulfonamide 엽산(folic acid)의 구성분인 p-aminobenzoic acid 유사물 핵산 합성의 전구체인 엽산의 합성을 저해 항세균 효과, 인체에 무해

19 Penicillin : A Fortunate Accident Alexander Fleming (1928)
1945 Nobel Prize

20 Alexander Fleming, Howard Florey, Ernst Chain 1943, 페니실린의 정제 및 대량 생산 성공

21 항생물질 (Antibiotics) 항생물질 (Antibiotics) . 미생물이 생산하여 미생물을 사멸시키거나 증식을 억제하는
화학물질 . 대부분 방선균에 의해 생산 (곰팡이, 세균) . 반합성 항생물질 (semisynthetic antibiotics) Penicillin ⇒ methicillin, oxacillin, ampicillin, carbenicillin . 합성 항생물질 (synthetic antibiotics) Rifampin, …

22 항생물질의 종류 (구조) . β-lactams : penicillins, cephalosporin . Aminoglycosides : streptomycin, gentamicin . Macrolides . Tetracyclines . Polypeptides : bacitracin, polymyxin B . Quinolones . …

23 항생물질의 종류 (작용 기작, Mode of Action)
. 세포벽 합성 저해 penicillin, cephalosporin, bacitacin, vancomycin . 단백질 합성 저해 tetracyclines, aminoglycosides, macrolides * 세균의 단백질 합성 : 70S (30S + 50S) ribosome 진핵세포의 단백질 합성 : 80S (40S + 60S) ribosome . 핵산 합성 저해 : rifampin, actinomycinquinolones . 세포막 기능 방해 : polymyxins . 특정 대사경로 저해 : sulfanilamide, isoniazid

24 에르고스테롤 (합성) 저해: 세포막 성분 (동물: 콜레스테롤)
항생물질의 종류 (적용 대상) . 항세균성 . 항진균성 진균, 인체 – 진핵세포 대부분 피부용 에르고스테롤 (합성) 저해: 세포막 성분 (동물: 콜레스테롤) nystatin, amphotericin B, miconazole, terbenafine 진균 세포벽 합성 저해 : chitin polyoxins

25 . 항바이러스성 바이러스 : 증식에 인체의 대사기능 이용 amantadine, acyclovir AZT (zidovudine or azidothymidine) thymidine 유사물질 (dideoxy derivative) HIV (retrovirus) 증식 저해 : 역전사 저해 인체 독성 PI (Protease Inhibitors) HIV (bind to active site of HIV protease) Interferons . 항종양성

26 . Narrow-spectrum antibiotics
항생물질의 종류 (적용 범위) . Narrow-spectrum antibiotics . Broad-spectrum antibiotics (광역 항균범위 항생물질) Chloramphenicol : Gram(+), rickettsiae, chlamydiae, mold Tetracyclines :

27 박테리오신 (Bacteriocin)

28 항생물질 오남용과 항생물질 내성 항생물질 저항성 (antibiotic resistance)
. 항생물질 불활성화 : β-lactamase . 세포의 투과성 변형 : Gram(-) vs Penicillin . 항생물질의 표적 변형 : ribosome의 구조 변형 . 항생물질의 작용을 받지 않는 대사경로 획득 . 항생물질 세포외 배출 . 항생물질의 표적 구조 없음 : Mycoplasma

29 . 항생물질 저항성 유전자 : 쉽게 전파됨 항생물질 저항성 전파 chromosomal genes
plasmid-borne genes : R (resistance) factor 항생물질 오남용 . 무분별한 처방, 무처방 사용 . 환자에 의한 오용 : 완전한 치료 전 사용 중지 . 가축 사료 첨가제 : 성장촉진제

30 VRE : Vancomycin Resistant Enterococci
다중 약제 내성균 다중 약제 내성균 (Multiple Drug Resistant Bacteria) Superbug Common MultiDrug-Resistant Organisms (MDROs) VRE : Vancomycin Resistant Enterococci MRSA : Methicillin Resistant Staphylococcus aureus VRSA : Vancomycin Resistant Staphylococcus aureus (super bug) 해결책은?