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미생물학Ⅰ
이정창 교수
건국대학교 대학원 생물공학과 석사졸업
건국대학교 대학원 생물공학과 박사졸업
건국대학교 대학원 생물공학과 석사졸업
건국대학교 대학원 생물공학과 박사졸업
건국대
숭실대
현) 유니와이즈 전임교수
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| 제목 | 강의시간 | 상세내용 |
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[1강] 미생물학 오리엔테이션
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미생물학 오리엔테이션: 정의, 연구 범위, 학습 구성
• 미생물학 정의·연구 대상: 미생물 세포 구조·생존·진화·상호작용과 생태계 및 질병·산업·환경 응용까지 통합적으로 연구하는 기초·응용 학문 • 미생물학 주요 분야: 식품·의학·환경·에너지 미생물학, 유전체학·유전공학·분자미생물학·바이러스학, 병원성 미생물·면역·전염병·진단미생물학 등 세부 영역의 개념과 범위 이해 • 미생물학 1·2 학습 구성: 1에서 미생물 기본 개념·구조·대사·생장 조건·유전체·바이러스·미생물 계통과 대사 다양성, 2에서 원핵·진핵 미생물 다양성·생태·영양 순환·공생·면역·분자진단·질병 원인과 전파를 체계적으로 학습 |
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| 1장. 미생물학의 원리 | ||
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[2강] 미생물의 개념
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미생물학 1장: 미생물의 개념, 세포 구조·진화·인간과의 관계 핵심 정리
• 미생물학·미생물 기본 개념: 미생물의 정의와 연구 대상, 기초·응용 생명과학으로서의 의의, 생명 현상·물질순환·생태계에서의 역할 구조 정리 • 미생물 세포 구조·활성·진화: 원핵·진핵 세포 구조(세포막·세포벽·소기관·핵막), 세포 활성(물질대사·생장·진화·운동·분화·상호연락·유전자 교환), 지구 초기 무산소 환경과 LUCA·광합성 미생물 진화 계통 정리 • 미생물과 환경·인간 상호작용: 서식지·군집·극한생물 생태와 풍부도·다양성 결정 요인, 미생물의 질병·항생제·친환경 농업·발효식품·생물연료·생물정화 기능 및 활용 분야 개관 |
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[3강] 미생물의 기원
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미생물의 기원: 발견, 자연발생설 논쟁, Koch의 가설, 농화배양과 화학무기영양
• 미생물 발견과 내생포자: 현미경 발달, Hooke·Leeuwenhoek의 세균 관찰, Cohn의 내생포자·영양세포 생활사와 열내성 및 세균 동정·기초 멸균 기술 정립 • 자연발생설 논쟁과 파스퇴르·Koch: 파스퇴르의 광학이성질체, 멸균·저온살균·백조목 플라스크 실험, 발효와 백신 개발, Koch의 4가지 가설을 통한 병원체-질병 인과 규명과 결핵균 발견 • 환경미생물학과 농화배양·화학무기영양: Beijerinck의 농화배양 기법과 배지 조성·통기·온도·pH·삼투압 조절, Winogradsky의 화학무기영양·독립영양체 개념, 질소고정과 황·질소 산화 등 생지구화학적 순환 기초 확립 |
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[4강] 현미경과 세포의 형태
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현미경과 세포 형태 핵심 정리(광학·전자현미경, 그람염색, 세포형태)
• 현미경 종류와 해상력: 광학현미경·특수 광학현미경(위상차, 암시야, 형광, DIC, CSLM)·전자현미경의 원리, 해상력 결정 요인(빛 파장, 개구수)과 한계, 2D/3D·살아있는 세포/분자 수준 관찰 특성 정리 • 그람염색과 세포벽 구조: 염기성 염료 기반 그람염색 절차(1차 염색·탈색·대조염색)와 그람양성/음성의 색 변화, peptideoglycan 두께·지질 외막 여부에 따른 분류 원리 및 세포벽 구조 비교 • 세포 형태와 크기: 구균·간균·나선균 등 원핵세포 형태 유형, 세포 크기 범위와 표면적/부피 비 개념, 크기·형태와 영양 교환 속도·성장 속도·생태적 적응의 연관성 정리 |
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[5강] 세포막 기능과 세포의 영양분 수송
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세포막 기능과 세포의 영양분 수송 핵심 정리
• 세포막 구조·지질·단백질: 인지질 이중층과 내재·주변부 단백질, 세균·고세균·진핵 생물막 지질 결합(에스테르·에테르) 및 열안정성 단일막 특성 정리 • 세포막 기능·투과성·에너지 보존: 투과장벽·단백질 고정·양성자 동력(PMF)을 통한 에너지 보존 기능과 물·이온·소수성 분자의 선택적 투과 원리 및 수송단백질 특성(포화성·특이성·조절성) 정리 • 세포막 수송체계와 수송유형: 원핵세포의 단순수송·작용기전달수송·ABC 수송의 에너지원·구성요소·기질 변화 여부와 uniport·symport·antiport 포터 기작에 의한 영양분·이온 능동수송 체계 정리 |
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[6강] 진정세균과 고세균의 세포벽 구조
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진정세균·고세균 세포벽 구조와 그람양성·음성 비교 핵심 정리
• 펩티도글리칸·그람양성 세포벽: GlcNAc–MurNAc 반복과 β-1,4 결합·펩티드 교차결합으로 형성된 진정세균 전용 세포벽 골격으로 삼투압 견딤·용균 방지 기능 수행, 그람양성에서는 두꺼운 층·테이코산(리포테이코산 포함)에 의해 높은 견고성·음전하·양이온 결합·그람양성 염색성 형성 • LPS 외막·그람음성 세포벽: 얇은 펩티도글리칸 위를 지질 A–중심 다당류–O-특이적 다당류 3중 구조의 LPS 외막이 덮어 선택적 투과 장벽·내독소(지질 A) 독성·항원성(O-항원)·포린을 통한 소분자 수송·주변세포질 대사 기능 담당하며, 알코올 처리 시 외막 용해와 염색 탈색으로 그람음성 염색성 나타냄 • 고세균 세포벽 구조: 펩티도글리칸·LPS 대신 슈도뮤레인(GlcNAc–N-아세틸로사미누론산, β-1,3 결합, L-아미노산만 포함) 또는 단백질/당단백질성 S-층 기반 세포벽으로 기계적 보호와 형태 유지 수행하며, 메탄 생성 고세균에서 슈도뮤레인 존재 및 진정세균 펩티도글리칸과의 구조적·진화적 유사·차이로 구분됨 |
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[7강] 세포 표면 구조물과 세포 함유물
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세포 표면 구조물과 세포 함유물 핵심 정리 (미생물학 6장)
• 세포 표면 구조물(캡슐·점질층·핀브리아·필리) : 다당·단백질성 외피와 필라멘트 구조로 부착·생물막 형성·보호·면역 회피·병원성 발휘 기능 담당 • 세포 함유물(PHB·PHA·polyphosphate·황 미소체·탄산 미네랄·마그네토솜) : 탄소·에너지·인·황·미네랄·자기입자 등을 불용성 형태로 저장해 삼투압 조절·대사·자기주성 지원 • 가스 소포와 내생포자 : 가스 소포는 수중 부력·수심 조절 구조, 내생포자는 열·화학물질·방사선·영양고갈에 대한 고내성 장기 생존 구조 |
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[8강] 미생물 운동성의 종류와 특징
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미생물 운동성의 종류와 특징, 편모·활주·주성 정리
• 원핵생물 편모 운동성: 플라젤린 기반 나선형 편모와 기저체(MS·C·P·L 링, Mot 단백질 모터) 구조, 극성·주모성 배치, 진정세균(PMF)·고세균(ATP) 에너지 계 비교 • 활주 운동(gliding motility): 편모 없는 세균이 남세균의 점질성 물질 분비 또는 Flavobacterium의 표면 단백질 이동을 이용해 고체 표면에서 집단·자원 탐색 이동 수행 • 주성(taxis) 시스템: 주화성·주광성·산소주성·삼투주성·주수성 등 자극 구배를 chemoreceptor·photoreceptor로 감지해 편모 활성 조절하며, 환경에 맞춘 운동성 튜닝과 생태 적응 구현 |
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[9강] 진핵 미생물 세포의 구조와 주요 기능
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진핵 미생물 세포의 구조와 기능 핵·세포분열·미토콘드리아·하이드로게노솜·내생공생가설
• 진핵 미생물 세포 구조와 유전 상태: 핵·막성 소기관·세포벽 유무·미토콘드리아/하이드로게노솜/엽록체 분포, 반수체·배수체와 유사분열·감수분열을 통한 염색체 수 및 유전 정보 유지 체계 • 에너지 대사 소기관: 미토콘드리아 크리스타·매트릭스 기반 호흡·TCA 회로·ATP 생성, 미토콘드리아 부재 혐기성 미생물의 하이드로게노솜 발효 대사(피루브산→H₂·CO₂·아세트산) 및 발효 산물 방출 기능 • 기타 세포소기관과 내생공생 가설: 소포체·골지체·리소좀의 단백질 합성·가공·글리코실화·분해 기능과, 미토콘드리아·하이드로게노솜·엽록체의 진정세균 기원을 설명하는 내생공생 가설 및 공생 관계의 진화적 의미 |
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[10강] 미생물 배양 실험 방법
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미생물 배양 실험 방법: 영양소, 배지, 배양법 핵심 정리
• 미생물 세포 영양 및 구성 원소: 물과 단백질·핵산·지질·다당류 등 거대분자, C·N·O·H·P·S 및 K·Mg·Fe 등 대량·미량원소와 비타민·생장인자 요구 특성 정리 • 배양배지 설계와 유형: 한정배지·복합배지·농화배지·선택배지·분별배지의 정의·조성·기능을 기반으로 미생물별 최적 탄소원·영양소 공급 구조 정리 • 실험실 배양 및 무균기법: 순수배양, 액체·고체배지와 집락 형성, 멸균(autoclave)·무균조작, 도말 평판법과 CFU 계수를 통한 미생물 정량 절차 정리 |
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[11강] 미생물의 에너지론/효소/산화환원
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미생물의 에너지론·효소·산화환원 핵심 정리
• 미생물 에너지 대사 유형: 화학유기영양체·화학무기영양체·광영양체와 종속·독립영양체 구분을 통해 에너지원·전자공여체·탄소원 조합에 따른 미생물 에너지 획득 방식 구조화 • 자유에너지·효소·보조인자: ΔG·ΔG°′·ΔGf° 개념과 방출·흡수반응, 효소의 활성화에너지 감소와 반응 속도 조절, 보결분자단·조효소(NAD⁺/NADH 등)의 결합 형태와 전자·기 기능기 운반 역할 정리 • 산화환원·에너지 저장: 산화·환원·환원전위(E°′)와 산화환원 탑에 따른 전자공여체·전자수용체 관계, NAD⁺/NADH 매개 전자전달, ΔG°′ ≤ -30 kJ/mol 고에너지 인산 결합과 ATP·PEP·1,3-BPG·Acetyl phosphate·Acetyl-CoA의 세포 내 에너지 통화 기능 요약 |
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[12강] 에너지 보존을 위한 발효화 호흡 (1)
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에너지 보존을 위한 발효와 호흡(1): 해당과정·발효 종류·전자전달 개념 정리
• 발효와 호흡 개념: 화학유기영양체의 에너지 보존 전략으로, 발효는 혐기성 이화작용·유기물 동시 전자공여체·전자수용체 사용·기질수준 인산화에 의한 소량 ATP 생산, 호흡은 전자전달계·무기 최종 전자수용체(O₂ 등)를 이용한 산화적 인산화와 높은 ATP 생산 • 해당과정과 발효 기질: glucose → 2 pyruvate + 2 ATP(기질수준 인산화)의 보편적 경로로, NADH 재산화와 연계된 발효산물 형성(에탄올·젖산 등) 및 이당류·다당류의 효소적 분해(β-galactosidase·amylase·cellulase)를 통한 포도당 전환 후 해당과정 유입 • 전자전달계와 산화·환원 효소: 전자공여체·전자수용체·환원전위에 기반한 산화·환원 반응 연쇄 구조로, 막 결합 NADH 탈수소효소·플라보단백질·철-황단백질·시토크롬·퀴논이 참여하여 프로톤 구배를 형성하고 산화적 인산화를 통해 ATP를 합성함 |
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[13강] 에너지 보존을 위한 발효화 호흡 (2)
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에너지 보존을 위한 발효·호흡Ⅱ: 양성자동력, 구연산·글리옥실산 회로, 혐기호흡과 영양형태
• 양성자동력과 ATP 합성효소: 전자전달계에 의해 형성된 막 전기화학적 기울기(pmf)를 F1F0-ATPase 모터가 이용해 산화적 인산화로 ATP를 합성하며, 필요 시 ATP 가수분해를 통해 역으로 pmf 생성도 수행 • 구연산 회로와 글리옥실산 회로: 피루브산을 CO2로 완전 산화하며 NADH/FADH2·ATP와 생합성 전구체를 생산하는 CAC와, isocitrate lyase·malate synthase를 추가해 C2 탄소원(acetate)을 동화하고 탄소 손실을 최소화하는 글리옥실산 변형 경로 • 혐기적 호흡·화학무기영양·광영양: O2 이외 전자수용체를 사용하는 혐기호흡, 무기화합물을 전자공여체로 사용하는 화학무기영양, 빛으로 전자전달과 광인산화를 구동하는 광영양이 모두 전자전달 → pmf 형성 → ATPase 매개 ATP 합성이라는 공통 에너지 보존 구조를 가짐 |
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[14강] 미생물의 생합성 과정
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미생물의 생합성 과정: 당·아미노산·지방산·질소고정 핵심 정리
• 탄수화물·핵산 전구체 생합성: 당신생합성으로 PEP·옥살아세트산에서 포도당 합성, UDPG·ADPG를 통한 다당류 형성, 오탄당 인산 경로를 통한 리보오스·데옥시리보오스·NADPH·비오탄당 생성 및 리보뉴클레오티드→데옥시리보뉴클레오티드 전환 • 아미노산·뉴클레오티드 생합성: 해당과정·구연산회로 중간체에서 탄소골격 공급, NH3를 글루탐산·글루타민에 동화 후 아미노기전달로 22종 아미노산 형성, 글루탐산·아스파르트산·알라닌·세린·방향족 계열 분류, 이노신산·우리딜산을 전구체로 푸린·피리미딘 뉴클레오티드 조립 • 지방산·지질 및 질소고정: malonyl-ACP를 이용한 2탄소 단위 지방산 합성(사슬 길이·포화/불포화도 온도·종 특이적 조절), 지방산+글리세롤+극성머리기로 복합지질 형성(세균·진핵 세포막 구성, 고세균은 isoprenoid 곁사슬 사용), 질소고정효소(이질소화효소·환원효소, FeMo-co 포함)에 의한 N2→NH3 환원과 산소 저해·아세틸렌 환원법을 통한 활성 측정 |
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[15강] 세균 유전체의 구조
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세균 유전체의 구조와 핵산, 염색체·플라스미드 개념 정리
• 핵산과 유전정보·유전요소: DNA·RNA, 뉴클레오티드·염기서열(1차 구조)·상보 염기쌍, mRNA·tRNA·rRNA와 복제·전사·번역을 통한 DNA→RNA→단백질 정보 흐름, 염기 수 단위(kb, kbp, Mbp) 및 세포·바이러스 유전체 유형(ds/ss, DNA/RNA, 원형/선형) 구조 정리 • DNA 구조와 초나선 조절: 당-인산 골격과 3′–5′ 인산디에스테르결합, 이중가닥·역평행 구조, G–C·A–T 상보 염기쌍, DNA 초나선과 양성·음성 초나선, 토포아이소머라제와 DNA gyrase의 초나선 도입·해제 및 항생제 표적 기능 정리 • 염색체·플라스미드·전위요소·R 플라스미드·박테리오신: 원핵·진핵 염색체, 플라스미드의 독립 복제·초나선 구조·copy number와 조절, 전위요소의 삽입·이동성, 항생제 저항성을 부여하는 내성 플라스미드(R plasmid), 세균 간 길항 물질인 박테리오신과 대표 예인 콜리신의 기능 및 응용 정리 |
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[16강] 유전 정보를 성공적으로 전달하기 위한 DNA 복제
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유전 정보를 성공적으로 전달하기 위한 DNA 복제 핵심 정리
• DNA 복제 기본 원리: 반보전 복제·5′→3′ 방향 합성·주형 가닥의 상보적 염기쌍 형성에 기반한 선도가닥·지체가닥 구조 이해 • 복제 효소 시스템: DNA 중합효소(Pol Ⅲ·Pol Ⅰ), 프라이머·프리마제, 헬리카제·지라아제·SSB, DNA ligase가 리플리솜 복합체로 작동해 연속·비연속 합성과 오카자키 절편 처리 수행 • 원핵세포 복제 구조: 원형 염색체의 origin에서 시작되는 theta 구조 양방향 복제와 두 복제 분기점 진행 메커니즘을 통한 빠르고 정확한 염색체 복제 체계 정리 |
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[17강] RNA 합성의 전사
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RNA 합성과 전사: RNA polymerase, 프로모터, 스플라이싱 핵심 정리
• 전사 기초와 RNA 유형: DNA 주형 기반 RNA 합성 원리, mRNA·tRNA·rRNA 구조·기능 및 역평행·전사 단위 개념 정리 • 전사 조절과 유전자 구조: 세균 RNA polymerase·시그마 인자·프로모터·GC 풍부 역반복·줄기-고리 종결, rRNA 전사·가공, polycistronic mRNA·오페론을 통한 공동 조절 구조 정리 • 진핵·고세균 전사와 RNA 가공: TATA box·BRE·TBP·TFB 중심 전사 개시, 엑손·인트론·1차 전사물 정의 및 스플라이싱·스플라이소좀에 의한 전사 후 RNA 성숙 메커니즘 정리 |
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[18강] 세포의 단백질 집합체 생산 (1)
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세포의 단백질 집합체 생산 Ⅰ: 아미노산, 유전암호, tRNA 핵심 정리
• 단백질과 아미노산·펩티드 결합: L-아미노산이 펩티드 결합으로 중합된 폴리펩티드로서 효소·구조·조절 단백질 기능 수행, D-아미노산·라세마제는 세포벽 및 항생제 특수 구조 형성에 관여함 • 유전 암호와 열린 해독틀(ORF): 64개 코돈 중 61개 아미노산, 1개 개시(AUG), 3개 종결 코돈으로 구성된 중복성 암호 체계로, 올바른 개시 코돈과 해독틀 유지가 리보솜에서 정확한 단백질 번역과 프레임 시프트 방지에 필수임 • 운반 RNA(tRNA)와 아미노아실 tRNA 합성효소: 안티코돈·3′ CCA 수용체 말단·변형 염기를 가진 tRNA가 wobble을 통해 여러 코돈을 인식하며, 아미노아실 tRNA 합성효소가 특정 아미노산과 tRNA를 정확히 결합시켜 코돈 정보의 단백질 서열 변환 정밀도를 보장함 |
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[19강] 세포의 단백질 집합체 생산 (2)
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세포의 단백질 집합체 생산Ⅱ: 리보솜 기능, 접힘과 분비 핵심 정리
• 리보솜·번역 기전: 원핵 리보솜(30S·50S, 16S·23S rRNA) 구조, RBS-16S 상보적 결합, 개시복합체 형성, EPA 자리에서 코돈 인식·펩타이드 결합·자리이동을 통한 신장, 방출 인자에 의한 종결 과정 정리 • rRNA·단백질 구조·변성: rRNA의 리보자임·구조 골격 기능, 펩타이드 결합 촉매 중심, 단백질 1~4차 구조 형성 원리(수소결합·소수성 상호작용), 고온·pH·화학물질에 의한 변성과 1차 구조 보존 개념 • 샤프로닌·단백질 분비 시스템: 샤프로닌의 원통형 보조 접힘 기전과 비정상 응집 방지 기능, Translocase·SRP 인식 신호서열(소수성 N-말단, 15~20개 아미노산)에 의한 막 통과·주변세포질·세포외 분비 및 표적 위치 지정 원리 |
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[20강] 세균의 분열과 세포형태
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세균의 분열과 세포형태 핵심 개념 정리
• 세균 세포생장·분열 기전: 이분법·세대시간·생장조건에 따른 세포 수 증가 원리와 분열체(FtsZ 고리) 형성 과정 정리 • 세포분열·형태 결정 단백질: FtsZ·FtsA·ZipA·MinCDE에 의한 분열 위치 조절과 MreB·크레센틴에 의한 막대형·휘어진 세포형태 결정 기전 • 세포벽 펩티도글리칸 합성과 항생제 표적: 박토프레놀 매개 전구체 수송, 펩티도글리칸 삽입·펩티드전달반응, 페니실린-결합단백질(PBP) 저해에 따른 세포벽 약화·용균 메커니즘 |
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[21강] 세균 개체군의 생장
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세균 개체군의 생장: 지수생장, 생장곡선, 키모스타트 핵심 정리
• 지수생장과 세대시간: 세포 수·질량이 세대시간마다 2배로 증가하는 이상적 양적 생장 패턴, 실험실 최적 조건에서 관찰되며 자연계에서는 자원·스트레스 요인으로 제한됨 • 회분배양 생장곡선 단계: 밀폐계(batch culture)에서 유도기·지수기·정지기·사멸기의 네 단계로 진행되며, 영양 고갈·폐기물 축적·비밀생장 등으로 집단 생장속도와 생리 상태가 변화함 • 연속배양과 키모스타트: 개방계 연속배양 장치로 신선한 배지 공급·배양액 제거를 통해 준-안정 상태 유지하며, 제한 영양소와 희석율 조절로 생장속도와 세포밀도를 독립적으로 제어해 산업 발효·대량배양에 활용됨 |
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[22강] 미생물 생장의 측정 방법
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미생물 생장 측정 방법: 현미경, 평판계수, 분광광도법 핵심 정리
• 미생물 생장 지표: 세포수 변화와 세포 성분(단백질·핵산·건조중량·혼탁도)을 이용한 직접·간접 계수 방법 구분 • 직접 계수법: 현미경 계수(계수상자·형광 염색)와 평판계수(도말·주입평판, 다단희석, CFU·선택배지 활용)의 원리·절차·한계 정리 • 간접 측정법: 분광광도계 혼탁도 측정(파장 선택, OD 특성)과 세포수·건조중량과의 상관관계를 이용한 표준곡선 작성 및 정량화 방법 정리 |
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[23강] 미생물 생장과 온도의 관계
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미생물 생장과 온도의 관계, 저온·고온미생물의 적응 메커니즘 정리
• 미생물 온도반응 기본 개념: 효소활성과 세포막 유동성에 따른 최저·최적·최고온도 정의, -15~122℃ 생장 가능 범위, 온도별 생장 여부 결정 원리 • 온도 기반 미생물 분류와 생장 특성: 저온생물·내냉성·중온생물·고온생물·초고온생물의 최적온도 기준, 대표 온도범위·서식환경, E. coli 등 전형적 온도 프로파일 • 저온·고온 적응 메커니즘: 냉-활성 효소(α-helix 증가, β-sheet 감소), 불포화·포화지방산 구성에 따른 막 유동성/안정성, 냉-충격 단백질·결빙방지제, 열-안정성 효소와 아미노산 치환에 의한 극한온도 생존 구조 |
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[24강] 미생물 생장
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미생물 생장과 pH, 삼투압, 산소의 관계 핵심 정리
• pH와 미생물 생장 특성: 호산성·호중성·호염기성 미생물의 최적 pH 범위, 세포막 안정성 유지 메커니즘, 호염기성 미생물의 Na+ 동력 사용 및 완충용액에 의한 pH 조절 원리 • 삼투압·수분활성도와 미생물 적응: 수분활성도(aw)·양성 수분균형·세포 탈수 개념, 호염생물·내염성 미생물의 NaCl 요구성, 삼투화합성 용질에 의한 내부 용질 농도 조절과 삼투 스트레스 적응 • 산소 요구성과 활성산소 제거 시스템: 호기성·통성혐기성·내기혐기성·절대혐기성 미생물의 산소 이용·내성 차이, ROS(O2⁻·H2O2·•OH) 생성과 카탈라제·퍼옥시다아제·SOD·Superoxide reductase에 의한 해독 메커니즘 |
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[25강] 미생물 생장의 조절 방법
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미생물 생장 조절: 열·방사선·화학물질 정리 핵심
• 열에 의한 미생물 생장 조절: D값·열 사멸시간·내생포자 열내성과 환경요인이 결정하는 열 사멸 특성, 고압멸균과 저온살균의 목적·조건·효과 비교 • 방사선에 의한 미생물 생장 조절: 자외선과 이온화 방사선의 파장·작용 표적·침투력 차이에 따른 표면 소독 vs 대형 물체 멸균 전략 • 화학물질에 의한 미생물 생장 조절: 정균제·살균제·용균제 기능 구분, MIC(항미생물 역가)·멸균제 개념과 생물막·내생포자·Mycobacterium tuberculosis 내성 기전 반영한 소독 설계 |
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| 2장. 유전체학, 유전학 그리고 바이러스학 | ||
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[26강] 유전체학의 연구방법과 특징
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유전체학: 유전체 지도 작성·염기서열 결정·비교유전체학을 통해 필수·선택적 유전자와 미생물 형질의 유전적 기초를 해석하는 학문 DNA 염기서열 분석 기술: Sanger 다이데옥시법과 샷건 시퀀싱을 기반으로 1~4세대(대용량 병렬·단일분자·비광학 이온/나노포어) 시퀀싱 플랫폼을 이용해 유전체 염기서열을 고속·대량·저비용으로 결정하는 기술 유전체 해석 절차: 샷건 단편으로 유전체 도서관 구축 후 조립(단편 정렬·연결·중복 제거)을 통해 contig/scaffold를 만들고, 생물정보학을 이용한 주석달기와 ORF 탐색으로 유전자·기능 부위를 목록화·기능 예측하는 과정 |
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[27강] 미생물 유전체 크기와 종류
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미생물 유전체 크기와 종류, 원핵·소기관·진핵 미생물 유전체 특징 정리
• 원핵생물 유전체 구조: 유전체 크기와 유전자 수 비례, 최소 독립생활·생존에 약 250~300개 필수 유전자 필요, 크기 축소 시 단백질 합성 비율 증가·대사 유전자 비율 우세 및 큰 유전체에서 특수 대사·환경적응 유전자 확장 • 소기관 유전체 특징: 미토콘드리아·엽록체의 세균 기원 원형 DNA, rRNA·tRNA·에너지·광합성·산화적 인산화 관련 소수 핵심 유전자만 보유하고 대부분 단백질을 핵 유전체에 의존하며 RubisCO·호흡 사슬 구성요소 등 기능 유전자 분화 • 진핵 미생물 유전체 특징: 효모를 중심으로 한 다수 염색체·반복 rRNA 클러스터·다양한 ncRNA·수백 개 필수 유전자 존재로 원핵보다 복잡한 유전체 구조·기능을 가지며, 염색체 규모·필수 유전자 수 차이를 통해 생활양식·생물학적 역량 규명 |
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[28강] 기능성 유전체학의 종류와 특징
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기능성 유전체학: 마이크로어레이, 단백질체학, 메타지노믹스 핵심 정리
• 전사체 분석 기술: 마이크로어레이·RNA-Seq를 이용한 전사체 정의, 핵산 혼성화·탐침·혼성화 조건·시퀀싱 기반 유전자 발현 정량 및 non-coding RNA 동정 • 단백질·대사체·상호작용 분석: 단백질체학(2D-PAGE, HPLC, 질량분석, LC-MS)과 인터랙톰·대사체학을 통한 단백질 분리·동정·정량, 분자 상호작용 네트워크·대사 경로 시스템 수준 분석 • 시스템·환경 유전체학: 시스템생물학의 omics 데이터 통합 전산 모델링과 메타지노믹스를 통한 메타지놈 분석으로 환경 내 미생물 군집 구성·기능 유전자·대사 잠재력 규명 |
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[29강] 유전체의 진화와 유전체 안정성
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유전체의 진화와 안정성: 유전자족·수평적 전이·핵심/범유전체
• 상동유전자와 유전자족: 오르토로그·파라로그로 구분되는 상동유전자 관계와 유전자 중복에 의한 유전자족 형성, 레트로트랜스포존 매개 중복이 미생물 진화와 다양성에 기여하는 원리 • 수평적 유전자 전이와 움직이는 DNA: 형질전환·형질도입·접합을 통한 수평적 유전자 전이와 트랜스포존·삽입서열 등 모바일 DNA가 항생제 내성, 독소 생산, 염색체 재배열을 유도해 유전체 구조를 재편하는 기작 • 핵심 유전체·범유전체·염색체섬: 종 공통 핵심 유전체와 부수적 유전자풀인 범유전체의 대비, 플라스미드·트랜스포존 등 움직이는 요소의 범유전체 편중, 염색체섬이 균주 특이 기능과 유전체 크기 차이를 생성하는 구조적 단위 |
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[30강] 대사조절 방식과 DNA-결합 단백질의 전사 조절 (1)
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대사조절 방식과 DNA-결합 단백질의 전사 조절(음성조절 중심)
• 유전자 발현 조절 방식: 전사·번역 단계에서 mRNA 양 조절과 번역 후 단계에서 되돌림 저해·공유 결합 변형·분해·단백질-단백질 상호작용을 통한 효소 활성 조절로 단백질 양과 활성을 통합 제어함 • DNA 결합 단백질 구조와 기능: 서열 특이적 결합 도메인(나선-회전-나선, 루이신 지퍼)을 통해 프로모터·오퍼레이터를 인지하고 전사를 억제·활성화하는 핵심 전사 조절 인자로 작용함 • 음성 조절 메커니즘: 아르기닌 오페론의 보조억제자-억제자 복합체에 의한 전사 억제와 젖당·β-galactosidase 계의 유도자에 의한 효소 유도를 통해 오페론 수준에서 효소 합성량을 음성 피드백 방식으로 제어함 |
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[31강] 대사조절 방식과 DNA-결합 단백질의 전사 조절 (2)
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미생물학 30장 대사조절 방식과 DNA-결합단백질의 전사 조절(Ⅱ) 핵심 정리
• 양성 전사 조절과 DNA 고리화: 활성자 단백질·유도자·RNA polymerase 상호작용을 통한 맥아당 오페론 전사 촉진, 공통서열과 불일치 프로모터에서 DNA bending·DNA looping에 의한 원거리 조절 서열-프로모터 근접화 기작 정리 • 오페론과 레귤론, 분해대사물 억제: 프로모터·작동 유전자·구조 유전자로 구성된 오페론 단위의 전사 조절, 다수 오페론을 묶는 레귤론 개념, 포도당 우선 사용에 따른 젖당 관련 유전자 억제와 E. coli의 이원적 생장(diauxic growth) 메커니즘 정리 • 고세균 전사 조절: 고세균에서 TBP/TFB 기반 프로모터 인지와 RNA polymerase 결합 조절, 억제 단백질의 폴리머레이스 직접 차단 또는 TBP/TFB 결합 저해 방식, NrpR에 의한 질소 동화 관련 유전자 전사 억제 기작 정리 |
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[32강] 세포대사 조절을 위한 감지 및 신호 전달
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세포대사 조절을 위한 감지 및 신호 전달 핵심 정리(두요소체계·주화성·균체밀도·열충격)
• 두-요소 조절체계: 감지 키나아제–반응조절자–인산화/탈인산화 축을 통해 환경 신호(온도, pH, 산소, 영양, 삼투압 등)를 유전자 전사 억제·활성으로 변환하는 원핵세포 신호전달 시스템 • 주화성·균체밀도 감지: MCP–CheA–CheY–편모 모터 경로로 화학물질 농도 변화를 운동 방향으로 전환하고, 자가유도자(AHL 등)·c-di-GMP·리보스위치를 이용해 세포밀도 의존적 유전자 발현·생물막 형성·집단 행동을 조절하는 메커니즘 • 열충격 반응: Hsp70·Hsp60·Hsp10 분자 샤페론과 RpoH(σ32)·RpoE 시그마 인자를 통해 온도·스트레스 상승 시 단백질 접힘 유지, 엉김·변성 단백질 처리, 열충격 유전자 발현을 조절하는 단백질 품질 관리 시스템 |
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[33강] 모델 세균의 생장 조절 방법과 특징
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모델 세균의 생장 조절: 내생포자, Caulobacter 주기, 이형세포와 질소고정
• Bacillus 내생포자 형성: 포자형성인자 Spo0A 인산화와 σF·σE·σG·σK 시그마 인자 연쇄 작동으로 불리한 환경(기아·건조·온도)에서 내생포자 구조 형성 및 발아 주기 조절 • Caulobacter 세포 주기 조절: CtrA·GcrA·DnaA 농도 파동과 인산화·단백질 분해에 따른 DNA 복제 개시/억제, 유주자·자루 세포 분화 및 분열 전 세포 형성 제어 • 질소고정 및 이형세포 조절: NifA·NifL·NtrC에 의한 nif regulon 산소·암모니아 감응 조절과 α-케토글루타르산–NtcA–HetR–PatS 축을 통한 이형세포 분화, 패턴 형성, 영양세포와의 탄소·질소 대사 교환 통합 제어 |
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[34강] RNA에 의한 조절 원리와 방법
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RNA에 의한 조절 원리: sRNA, 리보오스위치, 감쇠조절과 트립토판 오페론
• 소형 RNA(sRNA)·안티센스 RNA: mRNA와 상보적 결합을 형성하여 리보솜 결합 부위 노출/차단과 리보뉴클레이스 접근 조절을 통해 번역 촉진·억제 및 mRNA 안정성(분해/보호) 조절 • 리보오스위치(riboswitch): mRNA 5′ 말단의 aptamer 도메인이 특정 소형 대사체 결합 여부에 따라 대체적 2차 구조를 형성하여 리보솜 결합 부위 노출 여부를 바꿈으로써 단백질 조절인자 없이 주로 번역 단계를 직접 조절 • 감쇠조절(attenuation)·트립토판 오페론: 선도서열의 반복 코돈과 줄기-고리(2–3 vs 3–4 루프) 형성이 리보솜 번역 속도와 Trp-tRNA 충전 상태에 의해 결정되어 전사 조기 종결 여부를 조절하고, 그 결과 Trp 오페론 구조유전자 전사량을 아미노산 농도에 맞게 미세 조정 |
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[35강] 효소와 다른 단백질의 조절 원리
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효소와 다른 단백질의 조절 원리 핵심 정리 (되먹임 저해, 글루타민 합성효소 조절)
• 되먹임 저해와 다른 자리 입체성 조절: 최종산물 과량이 다른 자리 입체성 효소의 조절부위에 결합해 초기 효소 활성을 가역적으로 저해하고, 활성자·억제자 결합에 따라 활성/불활성 상태를 전환하는 대사 경로 조절 원리 • 글루타민 합성효소(GS) 번역 후 조절: 암모니아 동화 효소 GS가 아데닐화/탈아데닐화에 의해 공유적 변형을 받아 글루타민·NH₃ 농도에 따라 활성도가 단계적으로 조절되는 메커니즘 • 공유적 변형과 두-요소 조절체계: 인산화·아데닐화·메틸화 등 소형 분자 부착/제거를 통해 효소 ON/OFF 및 세기를 조절하고, 두-요소 조절체계에서 신호전달과 생합성 효소 활성 조절을 연결하는 번역 후 조절 구조 |
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[36강] 바이러스 구조와 바이러스 복제 및 배양
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바이러스 구조, 비리온, 복제주기와 배양 요약 • 바이러스와 비리온 개념: 절대세포내기생체로서 숙주세포 내에서만 증식하며 세포 밖에서는 비리온 형태로 감염 기능 수행, 핵산 유전체 종류(DNA/RNA·단일/이중가닥·원형/선형)와 숙주 범위(박테리오파지·동물·식물 등)에 따라 분류 • 비리온 구조와 효소: 비리온은 핵산·캡시드(캡소머 반복)·뉴클레오캡시드·피막으로 구성되며, 일부는 리소자임 같은 내부 효소를 포함해 세균 펩티도글리칸 분해와 핵산 침투를 촉진 • 복제주기·증식곡선·배양: 허용성 숙주에서 부착–침투–합성–조립–방출의 5단계 복제주기와 암흑기·잠복기·성숙기로 구분되는 증식곡선을 통해 증식 과정을 설명하며, 배양·검출·계수에는 플라크 분석법을 사용해 PFU/mL 단위로 역가를 정량함 |
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이정창 교수님
미생물학Ⅰ
