세균의 특징과 응용방법, 그리고 항체와 바이러스

2016/03/12 - [미생물학] - 미생물학 입문, 미생물 분리와 확인법, 사용되는 분야

2016/03/19 - [미생물학] - 미생물의 특성과 역사

먼저 이 글을 보기 전에 위 링크에 작성된 미생물학의 글을 보면 좋을 것 같다

이번 글은 세균, 항체, 바이러스에 대해 간단히 쓰는 글이다

세균의 특징으로 크게 5가지가 있다

첫째, 히스톤 단백질이 결핍된 원형 염색체로 유전자를 구성한다

둘째, 다양한 플라스미드를 가지고 있으며 DNA를 포함하기도 한다

셋째, 세포 소기관을 감싸는 막이 없다

넷째, 세포벽(Cell Wall)이 있으며 이는 당과 단백질로 구성된 펩티도글리칸(Peptidoglycan)이 있다

이는 고세균에는 존재하지 않으며, 추가적으로 식물세포가 가지고 있는 세포벽은 셀룰로오스(Cellulose)이다

다섯째, 증식속도가 매우 빨라 세대가 짧으며 돌연변이(Mutation)이 다양하게끔 변형 가능하다

이러한 세균의 형질전환으로 DNA 재조합 복제과정에서 플라스미드를 도입해 형질전환이 잘 이루어지게 만든 수용성 세포(Competent Cell)과 원하는 특정 DNA와 결합시켜 형질전환 할 수 있다

이러한 형질전환의 다른 방법으로 전기천공법(Electroporation)이 있다

이 전기천공법, Electroporation 원리는 높은 전기적 충격을 짧은 시간에 때려서 세포벽에 구멍을 뚫어 DNA나 단백질을 세포 안에 집어 넣는 것이다

이러한 방법으로 재조합 단백질을 만들어 발현시키고 분리하기 위해서는 융합단백질(Fusion protein)을 만드는 것이다

이러한 특정 재조합 단백질들을 생산하기 위해서 이용되는 플라스미드 벡터들을 발현벡터(Expression Vector)이라고 명명한다

발현벡터가 형질전환으로 세균에 들어가게 되면 세균이 이 플라스미드를 사용하여 mRNA와 단백질을 합성하게 된다

예시로 이러한 단백질들이 상호작용을 하는 지에 대한 연구로는 단백질 X와 Y가 있다고 하면, DBD(DNA Bond Domain)과 AD(Active Domain)을 사용하여 확인한다

X와 Y가 연관되어 있다면 DBD&A 단백질 결합과 AD&B 단백질 결합에서 X와 Y가 결합하여 리포터 유전자로써 mRNA로 단백질 활성이 되었는지 확인 할 수 있다

(이미지 출처 : http://www.mdpi.com/ijms/ijms-10-02763/article_deploy/html/images/ijms-10-02763f1-1024.png)

이러한 세균의 응용방법으로는 가까운 식생활에서도 볼 수 있다

발효를 거쳐서 만드는 빵, 치즈, 요구르트, 맥주등 각종 음식들이 발효미생물을 응용하여 만드는 것이다

이들은 해당과정과 젖산 발효 혹은 알코올 발효를 통해 만들어지게 된다

또한 세균에서 DNA 재조합 기술로 인슐린, 성장호르몬, Factor 7등등 수많은 단백질을 제조해 의료쪽에서도 사용되어진다

추가로 이러한 미생물들을 제거하기 위해 미생물을 사용하는 것들이 있는데 이들은 항생제(Antibiotics)이다

인류의 대표작, 페니실린(Penicillin), Tetracycline, Streptomycin, Neomycin 등도 미생물을 통해서 만들어진 물질로 미생물들을 없애는 것이다

이러한 항균, 항생제들의 원리로는 세포벽 합성 억제, 단백질 합성 억제, 핵산 복제 억제, 전사 억제, 세포 대사에 필요한 효소 활성을 억제하는 방법들이 사용되어진다

추가로 백신에서 사용되는 항체는 바이러스, 미생물등의 외부물질인 항원(antigen)에서 반응하는 것이다

바이러스가 인체를 감염시키는 순서로는 바이러스와 숙주세포와 결합한 뒤, 바이러스의 RNA와 효소를 세포 내에 침투시켜 감염시키며, 역전사효소로 바이러스 RNA를 DNA로 복사한다

그 후, 바이러스 인테그라아제로 바이러스 DNA를 세포 DNA와 합치며 이를 통해 만들어진 DNA로 바이러스 단백질을 제조하게 된다

이렇게 만들어진 단백질은 단백질들은 절단하며 다시 바이러스 입자로 조립되며 다른 세포를 감염시키게 되는 것이다

이러한 것을 막기 위해 항체는 응집을 통하여 식세포 활동을 도와주고, 보체를 활성화시키며, 옵소닌 작용으로 항원을 항체로 코팅한다

또한 염증반응으로 다른 방어 면역체계세포, 마크로파지, 포식세포, 대식세포를 모으고 세균 및 바이러스가 신체 내의 세포와 접착하지 않게 중립화시킨다