미생물 생장(growth)의 과학적 의미를 설명하고, 미생물이 증식하기 위한 방법 중 이분법과 출아법에 대해 정리합니다.
미생물 생장(Microbial growth)
여러 생명 현상 중 하나인 생장(growth)이란 생명체의 ‘세포 개수 증가(an increase in the number of cells)’를 의미합니다.
세포 개수가 늘어나면 다세포 생명체에서는 크기가 커지고 무게가 증가하게 됩니다.
생물학 시간에 배운 <세포→조직→기관(+기관계)→개체>의 프로세스입니다.
그 과정에서 새로 복제된 세포는 원래의 모세포와 동일한 유전 정보와 각종 세포 기능을 갖추게 됩니다.
그런데 미생물에서는 그 정의가 약간 달라집니다.
조금 더 정확하게 얘기하면, 미생물 중에서도 단세포인 생명체들은 ‘단세포’라는 말 그대로 세포가 모여서 크기가 커지는 형태가 아니라 각각의 개체가 세포 하나로만 이루어집니다.
따라서 대부분의 단세포 미생물은 세포를 새로 복제하면서 최종적으로는 별개의 개체를 추가로 생성합니다.
미생물의 분열 방법 (이분법 & 출아법)
일반적으로 미생물의 생장 방식을 세균, 효모, 곰팡이 등 생물 분류에 따라 나누어 구분합니다.
세균은 이분법, 효모는 출아법, 곰팡이는 포자법 이런 식으로 말이죠.
여기에서는 세균의 이분법과 효모의 출아법에 대해 설명합니다.
1) 세균(Bacteria)
가장 작은 미생물이면서 비교적 단순한 구조를 가진 원핵생물(prokaryotes)에 속하는 세균은 기본적으로 세포 분열(cell division)을 통해 증식합니다.흔히 알고 있는 이분법(binary fission, 하나가 둘로 나눠지는 방식)이며, 대표적인 세포 분열이면서 가장 원시적인 무성 생식입니다.
하나의 모세포가 유전 형질을 복제하여 두 개의 딸세포(daughter cells)로 나눠집니다.
그 과정을 조금 더 자세히 묘사하면 아래와 같습니다.
i) DNA가 복제되면서 균체가 길어짐
ii) 격막(septum)이라고 하는 칸막이에 의해 두 영역으로 나눠지기 시작함
iii) 각각의 영역에 충분한 양의 세포질 물질과 세포막/세포벽을 생성하며 두 개의 독립된 개체로 최종 분열됨
이분법의 가장 큰 특징은 동일한 두 개체로 나눠진다는 것입니다.
그 때문에 어느 것이 모세포였는지 구분하기 어렵다는 것이 특징입니다.
모세포와 딸세포라고 부르는 게 민망할 정도이지요.
모든 균체의 분열이 일사분란하게 발생하는 것은 아니다
이론적으로 학습한 이분법과는 달리, 실제로 배양을 해서 현미경으로 관찰해 보면 완전히 분열에 이르지 못하는 균체가 생깁니다.
위 현미경 사진을 보시면 각 균체에 따라 길이가 모두 다른 것을 알 수 있습니다.
즉, 생장 상태가 제각기 다른 것을 알 수 있습니다.
일정 길이 이상의 균체들은 모두 격벽을 갖고 있는 것으로 보아 분열의 가능성을 보이고 있습니다.
심지어 어떤 균체는 세 부분으로 나눠지기도 하네요.
이처럼 각기 다른 분열 속도를 나타내는 이유는 동일 배양 환경이라 하더라도 세포의 개별 상태는 모두 다를 수 있기 때문입니다.
주로 배양 환경이 미생물에 호의적이지 못할 때 생기며, 이는 배양 조건을 변화시켜 다른 결과를 유도할 수도 있습니다.
배양을 하는 산업계에서는 이러한 균체 간 불균일성을 일정하게 만들어 생산 물질의 품질을 향상시키는 것이 관건이기 때문에, 미생물 생장에 영향을 주는 요인을 이해하고 기술적으로 적용하는 것이 중요합니다.
2) 효모(Yeast)
효모는 흔히 출아(budding)라는 방식으로 증식합니다.모세포의 일부에 눈(bud)이 생겨 돌출되면서 점차 성숙해지면 떨어져 나와 하나의 개체가 되는 방법입니다.
효모뿐 아니라 히드라, 말미잘, 산호, 해삼 등도 출아법으로 생식을 합니다.
효모는 진균(fungi)입니다. 즉, 진핵생물(eukaryotes)이라는 얘기죠.
DNA가 세포질에 어지럽게 퍼져있는 세균과 달리 핵과 각종 세포 소기관을 갖춘 나름 더 고등한 생명체입니다.
세균처럼 뚝딱 하고 DNA를 복제하며 동시에 분열하는 것이 아니라,
일단 딸세포의 형체를 조금씩 만들어 돌기 형태로 내보내다가 어느 정도 독립할 준비가 되면 핵을 복제해서 하나를 건네준 다음 모체에서 분리하게 됩니다.
배양하여 현미경으로 관찰하면 위와 같이 출아 중인 효모의 모습을 쉽게 관찰할 수 있습니다.
효모는 출아하고 나면 모세포에 흔적이 남는데, 이것을 출아흔(bud scar)이라고 합니다.
동일한 두 개체로 분리되는 세균과는 달리 효모는 출아흔을 통해 분열 직후에 어느 것이 모세포인지 구분이 가능하겠습니다.
