일반생물학 및 실험 (1) 미생물 세포 관찰 실험 보고서

실험제목 및 날짜

2023년 5월 4일 실험한 미생물 세포 (세균, 원핵세포) 관찰 실험에 대한 보고서입니다

 

서론

생물을 구성하는 기본단위는 세포입니다. 세포는 두가지로 구분할 수 있는데 원핵세포와 진핵세포로 구분할 수 있습니다. 이중 원핵생물인 세균은 단세포 생물입니다. 즉 단 하나의 세포로 이루어진 생물입니다. 원핵생물의 특징은 진핵생물보다 크기가 작고 이중막으로 된 핵막이 없고 세포 소기관이 없이 핵양체만 존재한다는 점입니다. 이 핵양체 안에 원핵세포의 DNA가 있습니다. 또한 원형질 막이 존재하여 세포의 안과 밖을 구분해주며 세포 안쪽에는 사이토졸(cytosol)이라는 유동적인 액체로 채워져 있습니다. 이 원형질 막은 약하고 유동적이기 때문에 원핵세포의 모양 유지를 위해 원형질 막의 바깥에 세포벽이 있습니다. 이 세포벽은 한번 더 보호해주기 위해 세포 벽 밖으로 피막이 형성됩니다. 이 피막은 영어로 capsule이라고 합니다. 세균의 경우에는 섬모와 편모가 있는데 섬모는 세균이 다른 물질의 표면에 달라붙도록 해줍니다. 또한 어떤 세균은 편모를 가지고 있는데 편모는 세균의 이동을 도와주는 역할을 합니다. 섬모는 특정한 방향없이 왕복운동을 하는 반면, 편모는 특정한 방향으로 운동합니다. 한가지 예로 정자의 꼬리는 편모에 속합니다. 세균을 배양하면 세균들이 배양접시 위에 동그랗게 모여있는데 이것을 콜로니 라고 합니다. 세균은 모양에 따라 구분할 수 있는데 각각 막대 모양(bacillus), 나선모양(spirillum), 원 모양(coccus)로 구분됩니다.

 

 

실험목적

-그람염색법의 원리를 이해하고 실제 실험에 사용해 봅니다.

 

-서로 다른 종류의 세균을 그람염색법을 사용하여 염색, 관찰, 분류하여 특정 세균에 대한 정확한 식별, 그리고 그에 따른 적절한 대응(ex 항생제 투여)을 할 수 있습니다.

 

 

실험결과 (그래프, 표, 사진 등)

400배율로 관찰한 세균의 모습 붉은색으로 염색된 세균과 보라색으로 염색된 세균은 서로 각각 다른 종류의 세균입니다

1000배율로 관찰한 세균의 모습 세균의 막대형 구조를 현미경을 통해 관찰할 수 있습니다.

1000배율로 관찰한 세균의 모습 보라색이 진하게 보이는 부분은 세균 콜로 니가 잘 퍼지지 않고 뭉쳐저 있어서 그렇 습니다.

400배율로 확대한 세균의 모습 진하게 보이는 부분은 세균들이 뭉쳐져 있는 모습입니다.

discussion

 

-그람 염색법

 

그람 염색법은 덴마크인 Gram이 만든 세균 염색 및 분류 방법입니다. 그람염색법에서는 두가지 염색약을 사용하여 세균들을 염색합니다. 이때 보라색으로 염색되는 세균들을 gram positive라고 하고 붉은 색으로 염색되는 세균들을 gram negative라고 합니다. 그람 염색법은 세균의 세포벽을 구성하는 펩티도글리칸 층을 염색하는 방법입니다. 펩티도글리칸 층은 거의 모든 세균(원핵세포)들이 가지고 있는 층입니다. 이때 어떤 세균들은 펩티도글리칸 층이 얇고 어떤 세균들은 펩티도글리칸 층이 두껍습니다. 그람 염색법의 원리는 다음과 같습니다.

 

먼저 크리스탈 바이올렛 염색약으로 보라색으로 펩티도글리칸 층을 염색하고 증류수로 염색약을 씻어 냅니다. 이때 펩티도글리칸 층이 두꺼워서 염색이 잘된 세균들은 염색약이 남아있지만 펩티도글리칸 층이 얇아 염색이 잘 안된 세균들은 염색약이 거의 다 씻겨 내려가게 됩니다. 여기에 사프라닌으로 염색을 시켜주면 이미 염색이 된 세균들은 변화가 없지만 펩티도글리칸 층이 얇은 세균들은 붉은 색으로 다시 염색이 되게 됩니다. 요약하면, 그람 염색 분류법은 세균의 펩티도글리칸 층의 두께에 따른 세균의 분류방법입니다.

 

실험 재료 및 실험기구

loop, 세균 콜로니(E coli- 그람음성균, Bacillus strains- 그람양성균), 크리스탈 바이올렛, 사프라인, slide glass, cover glass, alcohol lamp, LM, distilled water, ethanol, pipet

 

세부 실험 진행 과정

1. 실험 전 장갑 및 실험복을 착용합니다.

실험에 필요한 재류 및 기구를 확인합니다

 

2. 슬라이드 글라스에 각각 그람 양성균과 그람음성균을 루프를 사용하여 잘 도포해 줍니다

 

3. 도포한 세균들이 글라스에 잘 들러붙도록 알콜램프로 가열해 줍니다. 이때 세균이 타지 않도록 주의해야 합니다.

 

4. 각 세균에 크리스탈 바이올렛 염색약을 떨어뜨립니다

 

 

5. 1분 경과후 슬라이드 글라스의 뒷면으로 염색약을 씻어줍니다.

 

 

6. 염색약이 잘 고정되도록 아이오딘 용액을 떨어뜨리고 씻어줍니다.

 

7. 사프라인O 용액을 떨어뜨려 붉은색으로 염색해 줍니다

 

 

8 .흐르는 물에 사프라인O 염색약을 씻어주고 물기를 작 닦아 말려줍니다

9. 현미경으로 서로 다른 종류의 세균을 관찰하고 구분합니다.

 

 

Further study

1. 크리스탈 바이올렛을 염색한 후, 증류수로 씻어냈을 때, 세균에 따라 어떤 차이점이 관찰되었는가? 그리고 그러한 차이점이 발생한 이유는 무엇인가?

 

-그람 양성균과 그람 음성균의 분류는 세균의 세포벽을 구성하는 층 중 하나인 펩티도글리칸 층의 두께에 의한 분류입니다. 그람 음성균은 얇은 펩티도글리칸 층을 가지고 있습니다. 따라서 크리스탈 바이올렛 염색약이 충분이 염색이 되지 않아 에탄올로 탈색을 진행하면 염색약이 다 씻겨 내려가게 됩니다. 이와 반대로 그람 양성균의 경우 세포벽의 약 80-90퍼센트가 펩티도글리칸 층이기 때문에 크리스탈 바이올렛 염색약이 탈색이 되지 않고 남아있게 됩니다.

 

2. 그람 양성균과 그람음성균의 염색의 차이는 왜 발생하며, 대표적인 그람양성균과 그람음성균은 어떠한 것이 있는가?

 

위에서 언급했다시피 그람 양성균과 그람 음성균은 세포벽의 펩티도글리칸 층의 두께에 따라 염색약에 대한 서로 다른 성질을 보이게 됩니다. 그람 염색법을 사용하여 서로 다른 세균을 분류하고 각각 세균에 효과적인 항생제의 투여가 가능합니다.

 

대표적인 그람 양성균으로는

 

1) Staphylococcus aureus: 피부질환 및 천식을 유발하는 박테리아입니다.

2) Streptococcus pneumoniae: 결핵, 뇌수막역 등을 유발하는 박테리아입니다.

3) Clostridium difficile: 설사와 대장염을 일으키는 박테리아입니다.

4) Bacillus anthracis: 탄저병 세균입니다

5) Listeria monocytogenes: 리스테리아 증을 일으키는 박테리아입니다. 리스테리아 증은 산모와 아기의 면역력을 치명적으로 저하시키는 질병입니다.

6) Enterococcus faecalis: 요도에 염증을 일으키고 심장의 내막에도 염증을 일으키는 박테리아입니다.

7) Corynebacterium diphtheriae: 호흡기 질환 중 하나인 디프테리아 증의 원인이 되는 세균입니다.

 

등이 있습니다.

 

대표적인 그람 음성균들은

 

1) Salmonella enterica: 식중독, 장티푸스, 급성 위장염을 일으키는 살모넬라 박테리아입니다.

2) Neisseria gonorrhoeae: 성병 임질의 원인이 되는 박테리아입니다.

3) Pseudomonas aeruginosa: 호흡기, 요도 ,상처부위 등에서 염증을 일으키는 세균입니다.

4) Klebsiella pneumoniae: 결핵과 요도염을 일으키는 세균입니다.

5) Helicobacter pylori: 소화기관에 암, 궤양을 유발하는 세균입니다.

6) Acinetobacter baumannii: 호흡기, 요도, 혈관에 감염을 유발하는 세균입니다.

 

등이 있습니다.

 

여러 가지 항생제의 종류

 

- 그람 염색법을 사용하여 서로 다른 종류의 세균들을 분류한 후 적절한 항생제를 투여할 수 있습니다.

 

세균을 다루는 실험의 경우 실험 대상 세균외 다른 세균이나 미생물, 바이러스 등이 유입하는 것을 방지하기 위해 알콜램프와 루프를 사용합니다. 알콜램프 주변은 온도차이로 인해 대류가 발생하여 상승기류가 형성됩니다. 이러한 상승기류는 배양접시나 pipet 이 오염되는 것을 막아줍니다. 또한, 루프나 니들을 사용 후 반드시 접촉부위를 알콜램프로 지져서 세균이 유출되는 것을 방지합니다. 세균을 사용한 실험의 경우, 실험자가 세균에 감염될 수 있기 때문에 각별한 주의를 요합니다.

 

Reference

• campbell biology 12th edition
• 네이버 지식백과 생명과학 대사전- 그람염색법
• 두산백과 두피디아- 그람염색
• 네이버 지식백과- 미생물학 백과, 식품과학백과, 간호대백과
• 해부 병태생리로 이해하는 SIM 통합내과학 2 : 감염, 정담편집부