신비의 미생물학

자기 주도 학습서

역자 김치경·민경희오덕철·이현환

Dr. Tom BetsyJim Keogh

한국미생물학회사단법인

Microbiology Demystified

1쇄 인쇄: 2011년 4월 8일1쇄 발행: 2011년 4월 15일

저 자: Tom Betsy, Jim Keogh역 자: (사)한국미생물학회·김치경·민경희·오덕철·이현환발행인: 문정구발행처: 도서출판 바이오사이언스(주)1⃞3⃞7⃞-0⃞6⃞0⃞ 서울시 서초구 방배동 479-4 호산빌딩 402호TEL: (02)581-4057~8FAX:(02)581-4059Homepage: http://www.biobooks.co.krE-mail: bioscience06@hanmail.netISBN: 978-89-92709-43-9 93470

등록번호: 제22-3079호

값 13,000원

신비의미생물학자기주도학습서

이책의한국어판저작권은신원에이전시를통해저작권자와독점계약한 (주)바이오사이언스출판에있습니다. 저작권법에의해한국내에서보호를받는저작물이므로무단전재및무단복제를금합니다.

Microbiology Demystified by Tom Betsy, D.C. & Jim Keogh Copyright ⓒ 2005

The McGraw-Hill Companies, Inc. Korean translation copyright ⓒ 2011 by Bioscience Publishing Co.

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국립중앙도서관 출판시도서목록(CIP)

신비의미생물학 : 자기주도 학습서 / 저자: Tom Betsy, Jim Keogh; 역자: 김치경, 민경희, 오덕철, 이현환. -- 서울 : 바이오사이언스, 2011p. ; cm

원표제: Microbiology demystified어 원작을 한국어로번역

ISBN 978-89-92709-43-9 93470 : W13000미생물학[微生物學]475-KDC5579-DDC21 CIP2011001580

http://www.biobooks.co.kr

역자머리말

미생물이란우리와참으로가까이지내지만보이지않기때문에멀리있다고생각할수있다.

그러나우리는언제나미생물과함께살고있고서로 향을주고받으며때론평화롭게때로

는싸우면서지내고있다. 미생물이없는세상은상상하기도힘들고아예존재하지도않는다.

맨눈으로보이지않는존재이기때문에실체에대해알고싶어도접근하기가힘들어하는경

향이 있다. 이 책은 그와 같은 어려움을 다소나마 극복하고 미생물에 대한 이해를 돕기위해

저자들이 아주 쉽게 저술한 미생물학 입문서이다. 미생물이 무엇인지? 또 그 미생물은 어떻

게 생겼으며 어떻게 살아가고 자손을 번식하는지에 대해 아주 쉽게 잘 설명되어 있다. 또한

미생물이 어떻게 질병을 일으키며 사람은 어떻게 이들과 싸우고 방어하는지에 대해서도 잘

서술되어 있다. 미생물을 전공하는 학생에서부터 일반인들도 이해할 수 있도록 쉬운 설명이

특징이다.

아마도 이 책을 읽고 나면 여러분은 미생물의 실체에 대해 알게 되고 어쩌면 친 감을 가

질수도있을것이다. 적어도역자들은이런바람을가지고이책을번역하 다. 번역과정에서

원본의일부오류도수정하고또한보다알기쉽게우리말을다듬으려노력하 다. 이책이많

은사람들에게미생물에대한폭넓은이해를할수있는계기가되기를바란다.

이책을번역하는데있어서늦게까지사무실불을밝혀놓고많은도움을주신미생물학회

송수연국장님에게감사드린다.

2011. 3. 23

역자일동

i

역자소개

김치경박사 충북대학교미생물학과명예교수

kimck2005@hanmail.net

민경희박사 숙명여자대학교생명과학과명예교수

khmin9415@hanmail.net

오덕철교수 제주대학교생물학과

duckoh@cheju.ac.kr

이현환교수 한국외국어대학교생명공학과

hyunelee@hufs.ac.kr

ii

소개의

여러분이“병원균(germ)”, “세균(bacteria)”, “바이러스(virus)”라는 단어를 듣게 될 때, 자동

적으로두려움에움츠리게되어가까운수돗가로달려가서손을씻게될것이다. 이러한단어

들은여러분으로하여금독감이나감기같은결코유쾌하지않은기억이되살아나게한다. 병

균, 세균, 바이러스나또다른어떤현미경적생물들을미생물이라고하고 microorganism 혹

은 간단하게 줄여서 microbe라고 표기한다. 여러분은 이 책을 통하여 어떤 미생물들은 질병

을일으키고또어떤미생물들은질병과싸우는데도움을준다는것을배우게될것이다.

잠시생각을해보자. 지금이순간에도너무작아서오로지현미경으로만볼수있는 여

러분의 손가락 끝 세상에는 수천 개의 아주 작은 미생물들이 살고 있다. 이 책에서 우리는

여러분에게이작은세계를어떻게방문하고또여러분의손가락끝을집으로알고사는이

작은창조물들과어떻게상호작용을하는가를보여줄것이다.

미생물 세계는 1600년대에 독일의 상인이자 아마추어 과학자인 안토니 반 레벤후크

(Antonie van leeuwenhock)에 의해 처음으로 밝혀졌다. 그는 단일 렌즈 현미경을 이용하

여살아있는미생물을관찰하 다. 반레벤후크의첫발견이래많은시간이흘 다. 오늘날

과학자들은일부미생물들의내부를관통하여볼수있고또이들미생물이살아있게하는

세포내소기관(organelles)을연구할수있게되었다.

이러한 발견들은 루이스 파스퇴르(Louise Pasteur)와 로버트 코흐(Robert Koch)가 과

학계를뒤흔든일련의발견들을쏟아낸 1857년부터 1914년까지의소위미생물학의황금기

(Golden Age of Microbiology)에 이루어졌다. 이 기간 동안에 과학자들은 질병을 일으키

는 미생물들을 분리하 고, 이 질병들을 어떻게 치료하는지를 알았으며, 면역을 통하여 질

병을예방하는방법을알게되었다.

과학자들은실험실에서미생물을생장시키는배양법을사용하여이와같은괄목할만한

iii

성과를이루게되었다. 일단미생물을마음대로키울수있게됨으로써, 과학자들은이런미

생물들의 생장을 느리게 하고 이 미생물에 의해 일어나는 질병을 치료하고 그 원인균을 죽

이는데그들의연구를집중하게되었다.

미생물 배양은 미생물학의 가장 핵심이 되는 부분이다. 여러분은 학교 실험실에서 미생

물들을키우기위하여이책에서술된여러가지배양기술을사용하게될것이다. 우리는이

를위한단계별방법을제공할것이다.

여러분은 미생물의 도움없이 산다는 것이 어렵다는 것을 알게 될 것이다. 예를 들면, 당

신의소장(intestine) 속에는여러종류의미생물들이살고있다. 이생각만으로도여러분의

피부에닭살이돋게될것이다. 소름이끼치는것은틀림없지만, 이들미생물은여러분의몸

에서 음식물을 소화시키는데 사실상 많은 도움을 준다. 즉, 이들 미생물이 없다면 여러분은

음식물을소화시키는데많은어려움이있게된다는것이다.

여러분의소장속에있는이미생물들은그곳에있는한당신에게이로움을준다. 그러나

일단 이들이 몸의 여러 다른 곳을 방황하게 된다면, 여러분은 병이 나게 될 것이다. 그러나

너무두려워하지말라. 이들미생물은외상으로인해당신의소장이파열되지않는한그곳

에머물려고하는경향이있기때문이다.

끝으로 이 책에서 여러분은 여러 종류의 서로 다른 미생물들을 현미경을 사용하여 어떻

게동정하고또어떻게배양하는가에대해서배우게될것이다.

iv 신비의 미생물학-자기 주도 학습서

들여다보기

미생물학은 여러분이 이 책에서 사용된 단계별 접근을 따르지 않으면 배우기가 아주 어려운

것이다. 이책의각주제들은학생들이배우기좋아하는순서대로되어있으며기본구성에서

부터점차복잡한개념으로이동하게되어있다.

각단원은읽기쉬운형식으로주제를설명하는전통적인양식을따르고있다. 여러분은

여러분이알고싶어했던것에대해얼마나아는지를각단원끝에있는문제와책의마지막

에있는최종문제를통해확인할수있다. 이책에는여러분이표류할가능성을최소화하고

있다.

1장: 미생물 세계

여러분은기초지식을배움으로써아주작은미생물세계로탐험을시작하게될것이다. 모든

학생들이미생물을배양한다든가하는보다진보된주제에정박하기전에반드시이해해야하

는용어와개념들이있다.

이단원에서여러분은일부미생물들이사람을죽일수있다는것외에는알려진것이거

의 없었던 시기의 미생물학에 대해 알게 될 것이다. 여러분은 과학자들이 질병을 이해하고

치료할수있게한미생물학에있어서매우결정적인업적들에대해배우게될것이다.

2장: 미생물의 화학성분들

미생물들은화학적성분들로구성되어있으므로미생물학에있어서화학은주된요소이다. 과

학자들은미생물들을화학적성분으로쪼개어나열함으로써파괴시킬수있다.

이 과정이 어떻게 일어나는지를 이해하기 전에, 여러분은 미생물학에 관련되는 여러 화

학적법칙에익숙해져야한다. 이단원에서여러분은이와같은화학적법칙에대해배우게

될것이다.

v들여다보기

3장: 미생물의 관찰

“여러분의손에서병균을씻으시오!”이말은손을씻는것이질병을예방하는최선의방법이

라는 것을 아는 여러분의 어머니가 매일하는 잔소리이다. 대부분의 어린이들은 그들의 손에

있는병균들을보지못하기때문에손을대충씻는다.

우리는이단원에서현미경을사용하여어떻게병원균을볼수있는가를보여줄것이다.

여러분은맨눈으로결코볼수없는미생물들을여러분의눈으로똑똑히볼수있는데필요

한모든것을배우게될것이다.

4장: 원핵생물과 진핵생물

이제여러분이두가지일반적인미생물세포에대해알게될때가되었다. 이들은원핵세포와

진핵세포이다. 이런 이름들은 아마도 여러분에게 익숙하지 않을 것이지만, 이 단원의 공부를

마칠때쯤이면더이상여러분에게낮선단어가아닐것이다.

원핵세포는박테리아세포이고진핵세포는동물, 식물, 조류(algae), 곰팡이, 원생생물등

의 세포이다. 각각은 모든 생물이 공통적으로 가지고 있는 여섯 가지의 생명현상을 가지고

있다. 이단원에서는원핵생물과진핵생물이어떻게이와같은생명현상을수행하는지에대

해배우게될것이다.

5장: 화학적 대사작용

“그건나의느린대사작용때문이야! 이것이내가몇파운드를뺄수없는이유야.”이것은여

러분이 체중을 줄이지 못하는 아주 큰 변명이지만, 여러분의 대사작용이 느리다는 것은 여러

분이운동을충분히하지않기때문이다.

이단원에서는음식물을에너지로전환시키는소위대사작용이라고하는생화학적반응

과세포들이어떻게 양분을에너지로전환시키는지에대해배우게될것이다.

6장: 미생물의 생장과 조절

여러분이나미생물모두생장하기위해서는탄소, 수소, 질소, 산소와같은화학적 양성분이

필요하다. 그러나모든미생물들이똑같은 양성분을요구하는것은아니다. 예를들어일부

미생물들은산소를요구하지만어떤것들은산소가없는환경에서잘자랄수있다.

이단원에서여러분은미생물들이생존하기위해필요로하는화학적 양성분들을이용

하여미생물을분리하고동정하는법을배우게될것이다. 여러분은이지식을이용하여실

험실에서미생물을배양하고생장을조절하는법을배우게될것이다.

vi 들여다보기

7장: 미생물 유전학

여러분과 똑같이, 미생물들도 그들의 전세대의 유전적 특성을 유전한다. 유전적 특성이란 모

든것이살아있게하는일종의설명서같은것이다. 어떤특성은다음세대로전달되고, 어떤

특성은그렇지못하다.

이단원에서는미생물들이전세대의유전적특성을어떻게다음세대로유전하는가를배

우게될것이다. 이들특성중일부는음식물을어떻게분리하고가공하는지, 노폐물은어떻

게버리며, 또발생은어떻게하는지를보여준다.

8장: 재조합 DNA 기술

여러분이누구이며, 어떻게될것인지는우리의유전자속에잘짜여져(programmed) 있다. 미

생물도똑같다. 이런유전정보는핵산이특별한서열로연결된DNA에의해암호화되어있다.

유전정보는소위유전공학이라는과정을통하여재설정(reordered)될수있다. 여러분은

이단원에서유전공학에대해배우게될것이며 DNA 기술을이용하여 DNA를재조합하는

법에대해서도배우게될것이다.

9장: 미생물 분류

수없이많은미생물들이존재하고어떤두미생물도똑같지않지만, 많은것들이비슷한특징

을 가지고 있다. 미생물학자들은 미생물을 관찰하고 이들을 비슷한 특징에 의하여 그룹으로

묶는데많은시간을할애하 다.

이 단원에서 여러분은 현미경 하에서 보고 있는 미생물들을 효과적으로 동정할 수 있게

하는방법이무엇인지를배우게될것이다.

10장: 고세균과 세균 역

세균은여러분이만날수있는가장흔한미생물중의하나이다. 어떤세균은질병을일으키고

또 어떤 세균은 소화를 도와 여러분의 삶을 도와준다. 세균에는 많은 종류가 있지만, 모든 세

균은이들의세포벽의특징을토대로 4개의문(division)으로나눌수있다.

각 문은 산소 요구성, 운동성, 형태, 그람 염색반응과 같은 또 다른 특성을 토대로 절

(section)로더나눌수있다. 이단원에서여러분은이문(division)과절(section)을미생물

을분류하는데어떻게사용하는가에대해배우게될것이다.

vii들여다보기

11장: 진핵생물: 균류, 조류, 원생동물, 연충

이단원에서여러분은균계, 식물계, 원생생물계, 동물계에대해좀더자세히알수있을것이

다. 일반적으로곰팡이, 조류, 원생생물, 연충이라고알려진미생물들도있다.

진핵생물은세균과바이러스와는다른형태의미생물이다. 그러나이들역시여러분에게

유익하다. 이들은음식을공급하고, 노폐물을제거하며항생제라는형태로질병을치료한다.

그리고세균으로서, 일부진핵생물은질병을일으키기도한다.

12장: 바이러스, 바이로이드, 프라이온

아마도가장두려운미생물중의하나가바이러스일것인데, 그이유는이를죽이기위한물질

이 거의 없거나 없기 때문일 것이다. 일단 감염되면, 여러분은 콧물이나 눈물이 나는 것과 같

은 증상을 치료하거나, 그렇지 않으면 바이러스가 예정된 과정을 거치게 되어 질병을 유발하

게된다.

여러분은왜이런일이일어나는지궁금해본적이있는가? 만약그렇다면, 그해답을위

해 이 단원을 읽고 바이러스가 무엇인지, 바이러스는 어떻게 생존하는지, 어떤 바이러스가

질병을일으키는지를알게될것이다.

13장: 역학과 질병

감기가유행하는시기에는여러분은단지감염되지않기만을바라는것외에달리할일이없

다. 그렇지않다면 10일간의오한과, 재채기, 그리고격리를겪어야할것이다. 어느누구도감

기가옮을까두려워여러분과접촉하려하지않을것이다. 이단원에서는감기와같은질병이

어떻게확산되는가에대해배우게될것이다. 또한여러분은질병의통제와확산을막기위한

간단한예방법에대해서도배우게될것이다.

14장: 면역

여러분의 몸 안에서는 전쟁이 일어나고 있다. B 세포, T 세포, 자연살해세포 및 또 다른 면역

계의 일부가 질병을 방어하고 있다. 이런 세포들은 미생물들이 콧물이 흐르게 하거나 감기에

걸리게하거나혹은열이나게하기전에찾아서격리시킨다.

면역계는 여러분 몸의 방어체계이다. 이들은 외부 침입자가 병을 일으키기 전에 둘러싸

서 무력화시킨 후 파괴한다. 이 단원에서는 면역계에 대해서 공부하고 이들이 어떻게 매일

매일여러분의몸을미생물의침입으로부터지켜주는가에대해배우게될것이다.

viii 들여다보기

15장: 백신과 질병의 진단

매년사람들은감기바이러스주사를맞기위해의사에게돈을지불한다는것을생각해보라.

겉으로 보기에는 말도 안되는 것처럼 보이지만여러분이 이 단원을 이해하고 나면 이 주사가

사실상감기에대한예방주사라는것을알게되기때문에왜이주사가필요한지완벽하게이

해하게될것이다.

백신이란여러분이어떤질병에걸리는것을예방하는것인데이는백신이그질병을일

으키는 물질의 일부로서 여러분의 몸으로 하여금 항체가 생성되도록 촉진시키기 때문이다.

이단원에서는백신과항체에대해배우게될것이다.

16장: 항미생물 약품

“의사선생님, 나를병나게한원인이무엇이든이를물리칠약좀주세요!”우리모두는아플

때마다이런말을한다. 우리모두는병이호전되기위한마법의약을원한다. 때때로이마법

의약, 혹은주사는병을일으키는병원성미생물을찾아서죽이는미생물이되기도한다.

이단원에서는여러분은질병을치료하기위한화학요법제인항미생물제에대해배우게

될것이다. 이런항미생물제는다른미생물을죽이는미생물도포함된다.

ix들여다보기

감사의

나는이책을펴내는데있어서많은격려와기술적인지원을아끼지않은나의조언자이며동

료이자 친구인 로버트 하일리(Robert Highly) 교수에게 감사를 드린다. 모든 컴퓨터 작업을

해준내친구조안시스토(Joan Sisto) 씨와이책을같이쓰도록제안한공동집필자인짐케

오프(Jim Keogh) 교수에게도감사를드린다.

톰베스티박사 (Dr. Tom Besty)

로버트하일리교수(Professor Robert Highly)는이책의기술적편집에지대한기여를하

다. 세세한 부분에까지 신경을 쓴 그의 근면성과 관심이“신비한 미생물학(Microbiology

Demystified)”을만들었고이책이미생물학을공부하는모든학생들이꼭읽어야하는목록

에추가되게하 다.

짐케오프 (Jim Keogh)

x 감사의

차례

1장 미생물세계 1미생물의종류 2

미생물이란무엇인가? 4

미생물명명법과분류법 5

미생물은얼마나작은가? 7

미생물에대한우리몸의방어 7

현미경의역사 9

생물들의출현 10

미생물병인설 13

예방접종 15

미생물의살균소독 16

퀴즈 19

2장 미생물의 화학성분들 23모든물질들 24

화학원소와원자 24

원소주기율표 27

동위원소이야기 27

전자구조 29

화학결합 30

화학기호의해독 31

xi차례

화학변화의예시 33

촉매: 반응 촉진 35

몰 농도(molarity) 36

무기물질과유기물질 37

단백질합성의청사진 42

ATP: 에너지발전소 44

퀴즈 45

3장 미생물의관찰 47미터법에의한크기측정 47

미생물의관찰 51

확대율 52

현미경 54

현미경시료준비 60

퀴즈 65

4장 원핵생물과진핵생물 67원핵세포 69

진핵세포 78

퀴즈 84

5장 화학적대사작용 87대사회로 87

이화작용과동화작용 88

산화-환원반응 88

에너지만들기: ATP 생성 89

효소의작명과분류 89

단백질합성 90

효소활성 91

크렙스회로 94

xii 신비의 미생물학-자기 주도 학습서

발효 97

기타이화작용대사경로 97

광합성 98

퀴즈 101

6장 미생물의생장과조절 103미생물생장을위한화학적요구사항 104

배양배지 105

생장단계 109

미생물생장의측정 110

간접적방법에의한세균수측정 111

미생물생장조절 112

미생물사멸률 113

항미생물제의작용 114

미생물생장을조절하는화학약품 114

퀴즈 117

7장 미생물유전학 119유전학 120

DNA 복제 120

단백질합성 123

유전자발현조절 124

돌연변이 125

퀴즈 128

8장 재조합 DNA 기술 131유전공학 132

유전자치료 134

DNA 지문감식 134

재조합 DNA 기술과사회 136

퀴즈 137

xiii차례

9장 미생물분류 139분류학 139

분류학의명명법 140

분류 146

퀴즈 148

10장 원핵생물: 고세균과세균 역 151고세균 152

호기성/미호기성, 운동성, 나선형/콤마형, 그람음성세균 154

그람음성호기성간균및구균 155

통성혐기성그람음성간균 156

혐기성그람음성구균및간균 158

리켓차와클라미디아 158

마이코플라스마 159

그람양성구균 160

내생포자형성그람양성간균및구균 162

비포자성규칙적그람양성간균 163

비포자성불규칙적그람양성간균 163

마이코박테리아 164

노카르디아형세균 164

퀴즈 165

11장 진핵생물: 균류, 조류, 원생동물, 연충 167균류(곰팡이) 168

조류 171

원생동물 174

연충 178

퀴즈 183

xiv 신비의 미생물학-자기 주도 학습서

12장 바이러스, 바이로이드, 프라이온 185바이러스 185

바이로이드 193

프라이온 194

퀴즈 195

13장 역학과질병 197역학이란무엇인가? 197

질병의분류 198

감염장소 199

질병의전파 201

질병의발생 204

역학연구 205

전염성질병의통제 206

병원내감염 207

누가감수성자인가? 207

병원성감염의예방과관리 208

퀴즈 209

14장 면역 211면역이란무엇인가? 211

면역의종류 213

항원을가까이주목하기 214

항원결합부위 214

B 세포 216

구면역 218

질병진단용항체 218

화학적전달물질 218

T 세포 219

대식세포와자연살해세포 220

퀴즈 221

xv차례

15장 백신과질병의진단 223백신이란무엇인가? 223

백신의종류 224

백신의개발 225

질병의진단 226

퀴즈 229

16장 항미생물약품 231화학치료제 231

항미생물활성 233

공격계획 235

항미생물제의탐색 237

화학요법시험 245

퀴즈 247

최종시험 249

최종시험의모범답 265

xvi 신비의 미생물학-자기 주도 학습서