1장 세균의 구조와 면역
세균은 핵막이 없는 단세포 원핵생물(prokaryote)이다. 이 장은 세균을 안에서 바깥으로 훑는다. 먼저 세포막과 리보솜(ribosome) 같은 안쪽 구조를 보고, 그다음 세포벽, 세포 밖으로 뻗은 부속기관, 구강과 관련된 특수 병원균을 차례로 본다. 뒤쪽 두 절은 세균에 맞서는 몸의 방어, 곧 면역 세포와 항체다.
시험은 짝을 묻는다. 그람양성균과 그람음성균의 세포벽, 편모(flagellum)와 섬모의 기능, 내독소(endotoxin)와 외독소(exotoxin), B림프구와 T림프구가 성숙하는 곳, 항체 종류와 그 특징이 그 짝이다. 처음 읽는다면 2절의 세포벽 비교표와 6절의 면역글로불린(immunoglobulin) 표를 먼저 외운다.
세균막을 이루는 구강 세균은 2장, 바이러스와 진균은 3장에서 이어진다. 병원균이 입안에 만드는 병소는 구강병리학의 결핵·매독·방선균증에, 아포(spore)를 죽이는 멸균 기준은 치면세마의 멸균법에 있다.
1.1 세균의 기본 구조
세균은 핵막과 미토콘드리아, 골지체(Golgi complex) 같은 막으로 싸인 세포소기관이 없는 원핵생물(prokaryote)이다. 몸은 세포 하나로 이루어진 단세포 생물이고, 호흡과 에너지 생성은 미토콘드리아가 아니라 세포막이 맡는다.
원핵세포와 진핵세포
| 세균(원핵생물)prokaryote | 진핵생물eukaryote | |
|---|---|---|
| 핵 | 핵막이 없다 | 핵막이 있다 |
| 막성 세포소기관 | 없다 | 미토콘드리아, 골지체 등이 있다 |
| 리보솜ribosome | 70S (50S + 30S) | 80S |
| 호흡과 에너지 생성 | 세포막 | 미토콘드리아 |
세균 안쪽의 구조
| 구조 | 특징 |
|---|---|
| 원형질막(세포막) | 인지질이 지질 이중층을 이룬다. 친수성(hydrophilic) 머리는 바깥(수용액) 쪽, 소수성(hydrophobic) 꼬리는 안쪽에서 마주 본다 |
| 메소솜mesosome | 세포막이 세포질 안쪽으로 함입된 구조. 호흡 효소가 있어 에너지 생성에 관여하고, 세포 분열 때 DNA 복제와 격벽 형성을 돕는다 |
| 리보솜ribosome | 단백질 합성. 침강계수 70S |
| 플라스미드plasmid | 주 염색체와 별개로 스스로 복제하는 고리형 DNA. 생존에 꼭 필요하지는 않지만 항생제 내성 유전자나 독소 유전자를 싣고 있어 접합으로 다른 세균에 넘어간다 |
증식과 배양
세균은 하나가 둘로 갈라지는 이분법(binary fission)으로 늘어난다. 방추사를 만드는 유사분열은 하지 않는다. 자체 대사 효소계가 있어 살아 있는 숙주 세포 없이도 인공 배지에서 증식한다. 숙주 세포가 있어야만 증식하는 바이러스와의 대비는 3장에 있다.
함정 리보솜은 막으로 싸인 소기관이 아니어서 세균에도 있다(70S). 리보솜이 아예 없는 것은 바이러스다.
1.2 세포벽: 그람양성균과 그람음성균 빈출
세포벽의 뼈대는 펩티도글리칸(peptidoglycan)이다. 다당류 사슬과 펩티드가 그물처럼 얽혀 세균의 모양을 지키고, 안쪽 삼투압 때문에 세포가 터지는 것을 막는다. 그람양성균은 이 층이 두껍고, 그람음성균은 얇고 그 바깥에 외막이 있다. 외막에 지질다당류(lipopolysaccharide)가 있어 그람음성균만 내독소(endotoxin)를 가진다.
두 세포벽 비교
| 그람양성균 | 그람음성균 | |
|---|---|---|
| 펩티도글리칸peptidoglycan | 두꺼운 층 | 얇은 층 |
| 외막 | 없다 | 있다 |
| 표면 구조 | 테이코산(teichoic acid)이 펩티도글리칸에 결합해 주요 표면 항원이 된다 | 외막의 지질다당류(LPS) |
| 염색 결과 | 보라색 | 붉은색 |
지질다당류의 세 성분
| 성분 | 하는 일 |
|---|---|
| 지질 A | 독성을 내는 부위 |
| 핵심 다당류 | 지질 A와 O 항원을 잇는 연결부 |
| O 항원 | 균종마다 달라 균종 특이적 항원성을 나타낸다 |
그람음성균의 지질단백질은 외막과 펩티도글리칸 층을 이어 외막을 고정하고 세포벽 구조를 안정시킨다.
내독소와 외독소
| 내독소endotoxin | 외독소exotoxin | |
|---|---|---|
| 정체 | 외막 지질다당류의 지질 A | 균이 만든 단백질 |
| 가진 균 | 그람음성균만 | 그람양성균과 그람음성균 |
| 나오는 때 | 균체가 죽어 부서질 때 풀려난다 | 살아 있는 균이 분비한다 |
| 작용 | 발열과 쇼크 | 독소마다 표적이 따로 있다. 류코톡신(leukotoxin)은 백혈구를 죽인다 |
| 열 | 잘 견딘다 | 대개 약하다 |
함정 그람음성균도 외독소를 만든다. 그람음성균인 A. a균의 류코톡신이 외독소다(2장).
1.3 세포 부속기관: 편모·섬모·협막·아포 빈출
세포벽 바깥의 구조는 기능이 서로 다르다. 움직이게 하는 것은 편모(flagellum), 붙게 하는 것은 섬모, 식균작용(phagocytosis)을 피하게 하는 것은 협막(capsule), 버티게 하는 것은 아포(spore)다.
| 구조 | 정체 | 기능 |
|---|---|---|
| 편모flagellum | 기저부 모터가 회전하는 채찍 모양 구조 | 운동성. 화학물질 농도를 따라 움직이는 화학주성을 보인다 |
| 섬모 | 단백질성 구조물 | 숙주 조직이나 치면에 부착한다 |
| 성섬모sex pilus | 접합할 때 쓰는 섬모 | 세균 사이에서 유전물질을 전달하는 통로. 플라스미드(plasmid)가 넘어간다 |
| 협막capsule | 세포벽 바깥을 싼 점액성 층 | 백혈구의 식균작용을 억제한다. 대표적인 병원성 인자다 |
| 아포spore | 영양세포가 살기 어려울 때 만드는 휴면 구조. 세균 하나가 아포 하나를 만들므로 번식 수단이 아니다 | 열, 건조, 방사선, 화학소독제에 강한 저항성을 보인다 |
함정 편모는 운동, 섬모는 부착이다. 유전물질을 건네는 것은 섬모 가운데 접합에 쓰는 성섬모다.
참고 아포가 열에 강해서 멸균의 효과는 아포를 죽였는지로 판정한다. 기준은 멸균 확인에 있다.
1.4 병원성 세균과 특수 미생물 빈출
이 절은 균 자체의 성질을 모았다. 형태, 염색, 전파, 배양의 특징이 시험 단서다. 구강 병소의 모양은 구강병리학이 맡으므로 여기서는 균과 연결되는 한두 가지만 적는다.
균별 특징
| 균 | 형태와 염색 | 단서 |
|---|---|---|
| Actinomyces israelii | 그람양성 혐기성 간균. 가지를 치는 모양이고 구강 상재균이다 | 농양 배출물 속 노란 유황과립(sulfur granule). 병변은 만성 화농성 육아종성 염증이고, 목판처럼 단단한 종창과 개구장애(trismus)가 온다 |
| Treponema pallidum | 나선균(스피로헤타). 축사로 회전 운동을 한다 | 매독(syphilis)의 원인균. 임산부에서 태반을 통해 태아로 가는 수직 감염(vertical transmission)으로 선천성 매독을 일으킨다 |
| Mycobacterium tuberculosis(결핵균) | 항산성 간균. 세포벽에 지질이 많아 항산성 염색(Ziehl-Neelsen)으로 확인한다 | 기침으로 나온 비말핵(droplet nuclei)을 들이마시는 공기 매개 감염. 구강에서는 만성 궤양(ulcer)으로 나타난다 |
| Staphylococcus aureus(황색포도상구균) | 그람양성 구균, 불규칙한 포도송이 모양으로 배열한다. 통성 혐기성 | 응고효소(coagulase)를 만들어 국소 농양, 곧 화농성 감염을 일으킨다 |
| Mycoplasma | 세포벽이 없어 다형태성이다 | 세포벽 합성을 막는 페니실린에 듣지 않는다 |
| Chlamydia | 그람음성 세균 | 편성 세포내 기생. 스스로 ATP를 만들지 못해 숙주 세포 안에서만 증식한다 |
함정 세포벽이 없는 세균은 마이코플라스마이고, 숙주 세포 안에서만 자라는 세균은 클라미디아다. 방선균(Actinomyces)은 이름과 달리 진균이 아닌 세균이다.
함정 황색포도상구균을 표피포도상구균과 가르는 기준이 응고효소다.
매독
매독의 구강 소견은 시기마다 다르다. 제1기에는 균이 들어간 자리에 통증 없는 단단한 궤양인 경성하감(chancre)이, 제2기에는 점막반(mucous patch)이 생긴다. 시기별 소견은 구강병리학의 매독이 맡는다.
선천성 매독은 허친슨 3대 징후(허친슨 치아, 실질성 각막염, 제8뇌신경 난청)를 남긴다. 허친슨 절치(Hutchinson incisor)는 절단연 중앙이 반월형으로 패인다. 치아의 모양은 구강병리학의 허친슨전치에 있다.
1.5 면역 세포 빈출
면역은 세포가 나눠 맡는다. 항체를 만드는 쪽은 B림프구에서 분화한 형질세포(plasma cell), 세포가 직접 싸우는 쪽은 T림프구다. 염증 단계마다 모이는 세포와 항생제·항바이러스제의 작용은 구강생리학의 면역 반응에 있다.
| 세포 | 기원과 성숙 | 하는 일 |
|---|---|---|
| B림프구 | 골수에서 만들어져 성숙한다 | 체액성 면역(humoral immunity)을 이끈다. 항원 자극을 받으면 대부분 형질세포가 되고 일부는 기억 B세포로 남아 2차 면역반응에 관여한다 |
| 형질세포plasma cell | B림프구가 분화한 것 | 항체를 직접 합성하고 분비한다 |
| T림프구 | 흉선(thymus)에서 성숙한다 | 세포매개성 면역(cell-mediated immunity)을 맡는다. 세포성 면역이라고도 한다. 그 가운데 CD4를 가진 보조 T림프구는 HIV의 표적이다(3장) |
| 대식세포macrophage | 단핵구가 혈관을 나와 조직에서 분화한 것 | 강한 식균작용(phagocytosis)으로 병원체와 이물질을 없앤다 |
| 수지상세포dendritic cell | 피부와 점막 같은 조직에 분포한다 | 항원을 잡아 처리해 T림프구에 제시한다. 대식세포, B림프구와 함께 항원제시세포(antigen-presenting cell)다 |
| 자연살해세포natural killer cell | 선천면역 림프구 | 미리 감작되지 않아도 바이러스 감염 세포와 종양 세포를 직접 파괴한다 |
| 호염기구basophil | 혈액의 과립구 | 과민반응 때 탈과립해 히스타민과 헤파린을 분비한다 |
함정 항체를 분비하는 세포는 B림프구가 아니라 형질세포다. 수지상세포가 항원을 보여 주는 상대는 T림프구다.
1.6 항체: 면역글로불린 빈출
항체는 B림프구가 분화한 형질세포(plasma cell)가 만들고, 혈액과 림프액 같은 체액을 돌며 병원체를 막는 체액성 면역(humoral immunity)의 도구다. 항체의 항원결합부위(Fab)는 항원의 특정 부위인 항원결정기(epitope)와 열쇠와 자물쇠처럼 맞물린다. 종류는 IgG, IgM, IgA, IgE, IgD 다섯이다.
다섯 종류
| 종류 | 위치와 구조 | 핵심 |
|---|---|---|
| IgG | 혈청 면역글로불린(immunoglobulin)의 약 75–80%로 가장 많다 | 면역글로불린 중 유일하게 태반을 통과해 태아와 신생아에게 수동면역을 준다. 2차 면역반응에서 대량으로 빠르게 생긴다 |
| IgM | 단위체 5개가 J 사슬로 이어진 5량체. 분자량이 가장 크다 | 항원이 들어오면 1차 면역반응에서 가장 먼저 만들어진다 |
| IgA | 타액과 눈물 같은 외분비액에 분비형(sIgA)으로 있다. 분비형은 2량체에 분비편이 붙은 모양이다 | 점막 표면의 국소면역. 미생물이 점막에 붙지 못하게 막는다. 타액에 가장 많은 항체다 |
| IgE | 비만세포(mast cell)와 호염기구(basophil)의 Fc 수용체에 붙는다 | 항원을 다시 만나면 탈과립해 히스타민이 나온다. 제1형(즉시형) 과민반응, 알레르기와 아나필락시스 |
| IgD | 혈청 농도가 매우 낮다. 성숙한 B세포 표면에 IgM과 함께 있다 | B세포의 항원 수용체로 항원 인식과 B세포 활성화에 관여한다 |
1차 반응과 2차 반응
| 1차 면역반응 | 2차 면역반응 | |
|---|---|---|
| 주된 항체 | IgM이 먼저 | IgG가 신속하고 대량으로 |
| 기억 | 기억 B세포가 만들어진다 | 기억 B세포 덕분에 잠복기가 짧고 반응이 강하다 |
함정 '가장'이 붙는 항체를 가른다. 혈청에 가장 많은 것은 IgG다. 가장 크고 1차 반응에서 가장 먼저 생기는 것은 IgM이다. 타액에 가장 많은 것은 IgA다.
복습
헷갈리는 쌍
| 쌍 | 가르는 기준 |
|---|---|
| 그람양성균 vs 그람음성균 | 두꺼운 펩티도글리칸(peptidoglycan)과 테이코산(teichoic acid) vs 얇은 펩티도글리칸, 외막, 지질다당류(lipopolysaccharide) |
| 내독소 vs 외독소endotoxin · exotoxin | 그람음성균 외막의 지질 A, 균이 죽어야 나옴 vs 균이 분비하는 독소 |
| 편모 vs 섬모flagellum | 운동 vs 부착 |
| 섬모 vs 성섬모sex pilus | 숙주나 치면에 부착 vs 접합 때 유전물질 전달 |
| 마이코플라스마 vs 클라미디아 | 세포벽이 없다 vs 숙주 세포 안에서만 증식한다 |
| 황색포도상구균 vs 표피포도상구균 | 응고효소(coagulase)를 만든다 vs 만들지 않는다 |
| B림프구 vs T림프구 | 골수에서 성숙, 체액성 면역(humoral immunity) vs 흉선(thymus)에서 성숙, 세포매개성 면역(cell-mediated immunity) |
| B림프구 vs 형질세포plasma cell | 항원 자극을 받는 세포 vs 항체를 분비하는 세포 |
| IgG vs IgM | 태반 통과, 2차 반응 vs 5량체, 1차 반응에서 가장 먼저 |
| IgA vs IgE | 외분비액의 국소면역 vs 비만세포(mast cell)에 붙는 즉시형 과민반응 |
확인 문제
세균이 속하는 세포학적 분류군은?
원핵생물
세균의 단백질 합성 장소인 리보솜의 침강계수는?
70S
세균에서 호흡과 에너지 생성을 맡는 구조는?
세포막
세포막이 함입되어 DNA 복제와 격벽 형성을 돕는 구조는?
메소솜
주 염색체와 별개로 복제하며 내성 유전자를 싣는 고리형 DNA는?
플라스미드
그람음성균의 외막에 있고 내독소가 되는 성분은?
지질다당류(LPS)
지질다당류 가운데 독성을 내는 부위는?
지질 A
그람양성균 세포벽에 결합한 주요 표면 항원은?
테이코산
숙주의 식균작용을 억제하는 세포 바깥 구조는?
협막
접합할 때 유전물질이 지나가는 구조는?
성섬모
방선균증 농양의 배출물에서 보이는 노란 알갱이는?
유황과립
선천성 매독 환아의 허친슨 절치의 모양은?
절단연 중앙의 반월형 함몰
세포벽이 없어 다형태성을 보이는 세균은?
마이코플라스마
항체를 직접 분비하는 세포는?
형질세포
태반을 통과하는 유일한 면역글로불린은?
IgG
1차 면역반응에서 가장 먼저 생기는 항체는?
IgM
타액에 가장 많은 면역글로불린은?
분비형 IgA
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