미생물 성장곡선 (growth curve) 개요 #

미생물 세포의 개체수가 증가하는 것으로 정의되며 미생물 질량의 증가를 의미한다. 이분법을 비롯한 세포분열을 통해 집단의 세포수가 증가하며 집단의 성장은 미생물 배양의 생장곡선을 분석하여 연구한다. 미생물을 액체배지에서 배양할 시 일반적으로 화분배양이나 닫힌계를 이용한다. 이것은 일정한 양의 배지가 담긴 닫힌 배양기 내에서 배양하는 것이다. 배양하는 동안 새로운 배지가 첨가되지 않으므로 영양물질은 감소하고 노폐물의 양은 증가한다. 이분법으로 번식하는 미생물의 성장과정은 세균수의 로그 값을 배양 시간에 따라 그래프로 그려 확인할 수 있다. 미생물의 성장곡선은 미생물의 증식곡선이라고도 하며 배양시간의 경과에 따른 미생물의 증식 또는 성장정도를 나태낸 것이라고 말할 수 있다.

미생물 성장곡선 (growth curve) #

미생물의 생육단계 #

그림1 미생물 성장곡선

출처: https://orbitbiotech.com/bacterial-growth-curve-generation-time-lag-phase-log-phase-exponential-phase-decline-phase/

1. 유도기 (lag phase) : 미생물 개체군이 신선한 매질에 접종되었을 때 성장이 바로 나타나는 것이 아니라 유도기라고 불리는 시간이 지난 후 일어난다. 세포가 새로운 환경에서 증식하는데 필요한 RNA, 효소 및 기타 물질들을 생합성하고 있는 준비기간으로 대사활동이 왕성하고 세포는 커지지만 분열은 하지 않는다. 유도기는 미생물의 종류, 배지와 생육환경에 따라 다르다. 대수성장기의 배지를 같은 성장환경에 있는 매질에 접종하면 유도기가 나타나지 않는 경우도 있다.
2. 대수증식기 (exponential phase) : 미생물의 세포가 최대 속도로 분열 증식하는 시기이다. 미생물 세포수가 증가하는 속도와 전체 미생물 세포의 질량이 증가하는 속도가 같은 균형성장을 하는 시기이며, 이 시기는 각 세포의 평균 구성비가 거의 일정하게 유지되며 영양 농도가 크기 때문에 성장속도는 영양 농도의 영향을 받지 않는다.
3. 정상기, 정지기 (stationary phase) : 전체적인 세포 개체수의 증가나 감소가 없는 시기이다. 영양소의 고갈이나 생육저해물질의 축적, 공간의 부족 등 개체군의 성장을 제한하는 요소들에 의해 대수성장이 저하되는 시기이며, 정상기의 미생물 세포는 대수증식기의 세포보다 크기는 작으나 저항성이 강하며 세포 외 효소의 생산과 배출이 활발하다. 또한 항생물질이나 독소 등의 2차 대사산물을 생산하며 내생포자 형성균의 경우 이 시기에 포자를 형성한다.
4. 사멸기 (death phase) : 에너지의 고갈, 세포 구조의 파괴 및 세포 구성물질의 분해, 효소의 불활성화 등으로 인한 재생능력 상실로 생균수가 감소하는 시기이다.

미생물 성장에 영향을 주는 요인 #

1. pH : 지구상에 존재하는 다양한 미생물은 다양한 pH 환경에서 서식할 수 있다. 강산성 환경인 pH 0 ~2 정도부터 염기성인 pH 9 ~10에 이르는 호수나 토양에서도 서식하는 미생물이 있다. 그러나 각각의 미생물들은 일정한 pH 범위 내에서만 성장할 수 있고 성장하기에 가장 적합한 최적의 pH를 갖고 있다. 호산성 미생물의 최적 pH는 약 pH 0 ~5.5 사이이며, 호중성 미생물의 최적 pH는 5.5 ~8.0, 호염기성 미생물의 최적 pH는 pH 8.0 ~11.5에서 가장 잘 성장한다. 각각의 환경에서 갑자기 pH가 급격하게 변하면 세포질의 원형질막이 파괴되고 효소와 막 수송단백질의 활성이 억제되어 세포가 손상된다.
2. 온도 : 미생물은 외부 온도에 따라 세포 온도가 변하므로 온도에 특히 민감하다. 성장에 미치는 온도 효과의 가장 중요한 요인은 효소 촉매 반응의 온도 민감성이다. 적정 온도 이하에서는 촉매 활성이 정지되고 적정 온도 이상이 되면 성장이 둔화되고 아주 높은 온도에서는 미생물이 사멸하게 된다. 적정 온도에서 미생물을 배양하게 되면 미생물의 전체적인 대사활동이 활발하게 일어나고 미생물은 빠르게 성장할 수 있다.
3. 산소 농도 : 미생물의 성장에 필요한 산소의 중요성은 대사와 연관되어 있으며, 특히 에너지원에서 공급 받은 에너지를 보존하기 위한 대사과정과 관련이 있다. 미생물은 산소가 있는 곳에서 자랄 수 있는 호기성 미생물이 있으며, 산소가 없는 곳에서 자랄 수 있는 혐기성 미생물이 있다.
4. 압력 : 일생을 육상이나 물의 표면에서 보내는 미생물은 1기압에서 생활하도록 적응되어 있어 있고 압력에 크게 영향을 받지 않는다. 그러나 심해에 서식하는 미생물이나 높은 대기에 서식하는 미생물은 고압력에도 생존하는 것으로 알려져 있다. 고압력에서도 생존하는 미생물과는 달리 일반적인 미생물들은 고압력에서 성장하기는 어려우며, 사멸할 수도 있다.
5. 염도 : 대부분의 미생물 종들은 염분이 거의 없는 곳에서 성장을 잘 할 수 있다. 염분이 있는 곳에서 성장을 한다고 알려진 미생물의 대표 종은 Halobacteriaceae이 있다.
6. 방사선 : 대부분의 미생물 종들은 방사선이 노출된 환경에서는 성장이 어려우며, 사멸할 수 도 있다. 방사선이 존재하는 곳에서 성장할 수 있는 미생물 대표종은 Deinococcus radiodurans이 있다.
7. 높은 화학물질 : 대부분의 미생물은 높은 화학물질 농도에서 성장을 못하며, 사멸할 수 도 있다. 높은 화학물질이 있는 환경에서 성장할 수 있는 미생물 대표종은 Ferroplasma acidarmanus, Ralstonia spp. 등이 있다.

미생물 성장곡선 측정 방법 #

1. 표준평판법 : 표준평판법은 표준한천배지에 배양후 발생한 세균 집락수(colony)를 계수하여 검체 중의 생균수를 산출하는 방법이다. 표준평판법은 다시 표면평판법과 주입평판법으로 나눌 수 있다.
   1) 표면 평판법(Spread plate method) : 적절히 희석된 시료를 한천 배지에 도말하여 배양한 후 colony를 측정하는 방법으로 집락(colony)수는 접종량, 배지, 배양조건 등에 영향을 받는다. 집락형성단위(colony-forming unit, chu/ml)로 표현.
   2) 주입 평판법(Pour plate method) : 적절히 희석한 시료를 멸균 후 45℃로 식힌 한천배지와 잘 섞어 굳힌 뒤 배양 후 집락수를 측정한다.
   
2. Hemocytometer : 일정량의 세포 부유액이 들어갈 수 있는 공간을 갖는 Hemocytometer를 이용하여 세포수를 현미경으로 측청하여 단위 부피당 세포수를 계산한다.
3. O.D (Optical density) : 세포를 시험관에 키운 다음 특별한 빛 (파장 650nm)를 투과하여 나온 혼탁도 (turbidity)의 계수를 이용하여 미생물 세포 수의 그 대략적인 값을 알 수 있다.

미생물 성장곡선 측정 도구 #

1. MicrobeMeter
   MicrbeMeter는 ~

참고문헌 #

1. https://potahafu.tistory.com/63
   
2. https://m.blog.naver.com/PostView.nhn?blogId=swearfeel&logNo=130140032774&proxyReferer=https%3A%2F%2Fwww.google.com%2F
   
3. 미생물의 성장과 세균수 측정, 한국의과학연구원 미생물분석센터, 양서화

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