미생물 공부하기 - 세균의 내생포자

많은 연구와 증거를 통해 세균은 환경을 거스르기보다는 환경에 적응하도록 진화해 왔음을 확인할 수 있습니다. 그러나 내생포자(endospore)라는 세균의 구조는 그들이 악조건에서도 맞서 싸워 생존할 수 있도록 도와줍니다. 내생포자는 Bacillus, Clostridium, Sporosarcina 세  속(genus)의 세균에서 형성됩니다. 이들 세균의 생활주기는 생식세포와 내생포자 두 단계로 구성되어 있습니다. 생식세포는 대사가 활발하게 진행되어 세균성장이 일어나는 형태의 세포이며 이들은 생존에 불리한 환경조건과 접하게 되면 포자형성을 통해 내생포자를 형성하게 됩니다. 이때 형성된 포자는 대사적 측면에서 비활성이며 주위 환경에 대한 강한 내성과 매우 긴 생존능력을 갖고 있는 휴지기의 세포입니다. 

 

내생포자의 형성과 저항성

내생포자의 형성을 유도하는 대표적인 자극은 영양분, 특히 아미노산의 결핍입니다. 이와 같은 조건이 형성되면 생식세포는 포자의 형성을 수행하는 포자낭(sporangium)이라는 세포로 변환됩니다. 생식세포가 포자낭을 거쳐 내생포자를 완전히 형성하는 데 걸리는 시간은 6~12시간입니다. 

세균의 내생포자는 열, 건조, 동결, 방사선 등의 광선, 화학물질 등 보통의 세포를 죽일 수 있는 여러 종류의 극한 환경에서도 생존할 수 있는 견고한 구조를 가집니다. 내생포자가 악조건 속에서도 생존할 수 있는 것은 다음의 몇 가지 요인에 의한 결과입니다.  포자가 가지는 높은 농도의 칼슘과 디피콜린산이 포자의 내열성과 연관이 있다고합니다. 지금까지 알려진 바에 따르면 높은 열은 세포가 갖고 있는 단백질을 비활성화시키고 DNA의 구조를 변화시켜 세포를 파괴하는 것으로 알려져 있습니다. 이러한 과정에서는 상당한 양의 물이 필요한데, 내생포자는 많은 양의 칼슘-디피콜린산 복합체를 형성하여 물을 제거하여 내생포자 자체를 건조하게 만들 수 있습니다. 그 결과 내생포자의 대사활성은 극히 낮아지게 되며, 계속되는 건조현상 등에도 강한 내성을 가지게 됩니다. 뿐만 아니라 두껍고 치밀한 구조를 가지는 피질(cortex)과 포자외피(spore coat) 역시 방사선이나 화학물질에 대한 보호 효과를 나타낸다고 합니다.

이러한 저항성과 보호 효과로 내생포자의 수명은 거의 불멸에 가깝다고 합니다.

 

세균포자의 의학적 중요성

대부분의 포자형성세균은 병원성을 갖고 있지 않지만 일부 병원성 세균은 포자를 형성하기도 합니다. 실제로 그들이 일으키는 질병의 발병은 상당부분 포자가 갖고 있는 강한 저항성의 도움을 받아 나타나는 것이라고 합니다. 

내생포자를 형성하는 속 중 Bacillus속에 속하는 대표적인 세균인 Bacillus anthracis는 탄저병의 병원체로 그 치명률이 엄청나 생물학적 테러에 이용될 수 있다고 여겨지는 세균입니다. 또 파상품의 병원체인 Clostridiun tetani와 가스괴저병의 병원체인 Clostridium perfringenes 등도 내생포자를 형성하는 대표적인 병원성 세균입니다. 

이러한 세균이 주로 토양이나 먼지 등에 서식하기 때문에 내생포자의 존재는 멸균 등의 작업에 있어서 대단히 중요한 체크포인트입니다. 일부 내생포자 생성세균은 식품의 변질이나 식중독을 유발하기도 하므로 내생포자의 파괴는 통조림 산업 등의 식품산업에서 특히 중요한 관심 거리입니다. 100℃의 끓는 물에서는 포자가 파괴되지 않기 때문에 통조림 산업에서는 압력을 가한 증기를 이용하여 120℃에서 20~30분간 살균작업을 수행한다고 합니다. 이런 엄격한 살균과정을 통해서만 내생포자를 완전히 멸균시킬 수 있기 때문입니다.