미생물

미생물은 사람들이 흔히 말하는 동물, 식물과는 전혀 다른 의미를 가지고 있다. 동물과 식물은 지구의 생물을 분류할 때 다섯 계(kingdom)로 나누는 방법에서, 각각 독립적인 분류 집단인데 비하여 미생물은 그렇지 않다. 미생물이라는 용어는 작다는 의미(micro)와 생물이라는 의미(organism)을 합한 것으로 눈에 보이지 않는, 서로 연관이 매우 적은 다양한 생물집단을 포함하고 있다.

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미생물의 존재는 일찍이 Girolamo Fracastoro(1478~1553)가 1546년에 눈에 보이지 않는 "전파 가능한 작은 물질"이 전염병의 원인이라고 보고한 것처럼 질병과 눈에 보이지 않는 물체에 대한 인식이 있었다. 그리고 현미경이 개발되고 Robert Hooke(1635~1703)가 버려진 빵에서 자란 곰팡이를 관찰하고 그린 것이 미생물에 대한 첫 기록이다. 그 후에 Antony van Leeuwenhoek(1632~1723)은 자신이 만든 현미경으로 주변의 물체(예: 고인 빗물)에서 움직이는 작은 생물체를 확인하고 작은 동물이라는 의미로 animalcule이라고 불렀으며 이를 1676년에 영국의 왕립학회에 보고함으로써 살아있는 미생물을 보고한 첫 인물로 기록되었다. 즉 맨 처음에는 곰팡이(진균)가 보고되었고, 다음에는 세균과 원생동물이 보고되었다. 그 후에 질병과 관련된 미생물에 대한 연구가 활발하게 진행되었으며, 주변 환경으로부터 특수한 기능을 가진 세균(예: 질소고정 세균, 광합성 세균)에 대한 연구도 왕성하게 수행됨에 따라 매우 다양한 세균과 곰팡이를 포함하여 원생생물과 미세 조류(microalgae)까지 연구대상이 확대되었다. 이들의 공통점은 오직 눈으로는 보이지 않거나 관찰이 매우 힘들 정도로 작다는 것이다. 19세기 말부터 세균보다 작은 생물체가 담배모자이크 병의 원인임을 확인하였고 후에 바이러스를 분리하고 전자현미경의 발달에 힘 입어 바이러스에 대한 연구도 활발하게 수행되었으며, "미생물"이라는 혼합집단에 바이러스도 포함되었다. 바이러스에 대하여 한동안 생물인가 무생물인가 하는 논쟁이 있었으나 "비세포성 생물체"로 정리됨에 따라 생물에 포함되었다. 바이러스는 지구상의 생물을 분류하는 가장 상위분류 기준인 3개의 도메인(domain)인 진핵생물(Eukarya), 세균(Bacterai), 고균(Archaea) 분류법과, 두번째 분류기준인 5개의 계(kingdom)인 동물, 식물, 원생생물, 진균, 세균의 분류법 (그림 1) 어디에도 포함되지 않지만 엄연히 생물에 포함된다.

이에 따라 미생물은 원생생물, 진균, 세균, 고균, 그리고 바이러스 모두를 포함하기 때문에, 유전적, 생리∙생화학적, 생태학적으로 매우 다양한 기능을 보이는 생물체의 집합이다. 비록 매우 다양한 생물들의 집합이지만 크기가 작은 공통점을 가졌으며 몇 가지 미생물의 크기를 비교하였다. 원핵세포인 세균과 고균 중에서 공 모양 세균(구균)은 지름이 0.8~1.0 μm이고, 막대 모양 세균은 폭(지름)이 1.0 μm 전후이고 길이는 2 μm(대장균)부터 10 μm 정도로 다양하다. 진균 중에서 단세포 생물인 효모균은 6~8 μm의 타원형이고 누룩곰팡이와 같은 실모양 세포는 지름이 평균 8 μm 전후이며 길이는 수 mm 길이까지 자란다. 바이러스는 0.02~0.8 μm로 대부분은 광학현미경으로 관찰이 불가능한 크기다.

그림 1. 생명의 나무. Ribosomal RNA의 염기서열 비교를 통하여 지구상의 모든 생명체들의 계통 (연관) 관계를 보여준다. Bacteria, Archaea, Eukarya 등 세 도메인의 존재, 그 안에 속한 대표생물의 연관관계, 미토콘드리아와 엽록체가 세균과 유사함을 보여준다 (출처: 한국미생물학회)

위 그림은 세 개의 도메인을 나타냈는데 "진핵생물" 도메인에 동물과 진균, 식물, 그리고 대표적인 몇 그룹의 원생생물이 포함된 것을 보여주고 있다. 따라서 미생물은 진핵세포 생물체는 물론 원핵세포 생물체와 비세포성 생물체인 바이러스 모두를 포함하는 가장 거대한 생물집단을 포함한다. 그렇기 때문에 동∙식물에서는 볼 수 없는 다양한 생화학적 기능을 가진 생물체들이 무수히 많을 뿐만 아니라 동∙식물을 대상으로 연구하려면 경비와 시간의 제약을 받는 것에 반하여 미생물에는 좋은 모델 생물체(model organism)들이 매우 많으므로 생물자원이라는 말은 즉 미생물자원과 동일하다. 최근에는 특히 고균에 대한 관심이 폭발적으로 증가하는데, 극한 환경에서 서식하기 때문에 이제까지 몰랐던 새로운 대사반응을 가졌거나 이미 알려진 대사반응이라도 극한 환경에서도 반응을 진행하는 특수한 효소의 활용성에 대한 기대와 사용도가 크기 때문이다.

최형태/강원대학교

노정혜/서울대학교