미생물 : 비배양체

1990년대의 미생물학자들은 배양 중심적 방법으로 다양한 종류의 세균을 동정하는 것은 불가능하다고 생각했습니다.

호수와 토양, 소금물 환경에서 오직 1%만의 세균을 실험실에서 키울 수 있기에 이들은 알아낼 수도, 연구할 수도 없다고 환경 연구가들은 판단하였습니다.

비배양체(Non-culturable Organisms)란?

비배양체란 일반적인 배양법(agar plate, broth culture 등)으로는 배양할 수 없는 미생물을 의미합니다.

이는 환경적, 생리적 또는 기술적인 이유로 배양이 어려운 경우가 많습니다.

 

비배양체의 주요 특징

1. 배양의 어려움
   • 표준적인 실험실 배양 조건(영양소, 온도, pH 등)에서 자라지 않는다고 합니다.
   • 특정 숙주 또는 공생 미생물이 필요할 수도 있습니다.
2. 생존 가능하지만 배양되지 않음 (VBNC, Viable but Non-Culturable)
   • 환경 스트레스(온도 변화, 영양 부족 등)로 인해 배양이 불가능한 상태로 전환됩니다.
   • 병원성 세균(예: Vibrio cholerae, E. coli)도 VBNC 상태로 존재 가능.
3. 배양 의존적인 미생물 연구의 한계
   • 일반적인 배양법으로는 자연 환경에 존재하는 미생물의 1% 미만만 배양 가능.
   • 미생물 군집 연구(예: 토양, 해양 미생물)에서 비배양체가 중요한 역할을 함

비배양체를 연구하는 방법

비배양체를 분석하기 위해서는 배양이 아닌 분자생물학적 기법이 주로 사용됩니다.

1. 메타게노믹스(Metagenomics)
   • 환경 샘플에서 DNA를 직접 추출하여 전체 미생물 군집을 분석합니다.
   • 16S rRNA 유전자 서열 분석을 통해 미생물의 종류를 확인합니다.
2. 형광 현미경법(FISH, Fluorescence In Situ Hybridization)
   • 특정 유전자 서열을 타겟으로 하는 형광 탐침(Probe)을 이용해 미생물을 직접 검출합니다.
3. 흐름 세포 계수법(Flow Cytometry)
   • 미생물 개체 수와 특성을 분석하는 데 활용합니다.
4. 공배양(Co-culture) 및 새로운 배양 기술 개발
   • 특정 공생 미생물과 함께 배양하면 배양이 가능해질 수도 있습니다.
   • Diffusion Chamber, iChip 등의 기술이 활용됩니다.

의학 및 산업 분야에서의 중요성

1. 감염병 연구
   • VBNC 상태의 병원균이 인체 내에서 활성화되면 감염을 유발할 가능성이 있습니다.
   • 병원성 세균(예: Mycobacterium leprae, Treponema pallidum)이 배양되지 않는 특성이 있어 진단과 치료가 어렵다고 합니다.
2. 환경 및 산업 미생물학
   • 토양 및 해양 미생물 연구에서 비배양체가 생태계의 중요한 부분을 차지합니다.
   • 항생제 생산 미생물이나 바이오리메디에이션(오염 정화) 관련 미생물 중 상당수가 비배양체일 가능성이 높습니다.

임상 미생물학자들은 인간 조직이 얼마나 다양하게 표본화되었고 인체에 대해서 얼마나 잘 이해하고 있는지 알았기에 이런 결과를 예상하지 않았습니다.
그러나 신체에서 정상적으로 살고 있는 너무나도 많은 미생물의 존재 또한 놓치고 있었습니다. 1999년에 3명의 스탠포드 대학 과학자들이 자신들의 입속에서 얻어낸 치은연하치석에서의 수집 기술을 발표했습니다.
그들은 시료에서 미생물을 강조할 수 있는 작고 알려진 DNA조각 또는 탐침자를 이용했습니다. 구강 생물학자는 이 전에 같은 장소에서 500종의 세균을 발견했습니다.
스탠포트대학의 과학자들은 이전에 배양되지도 발견되지도 않았던 30개의 종을 더 찾을 수 있었습니다. 이 발견은 의학계를 뒤흔들었고 인체에서 VNC를 찾아내기 위한 비배양적 방법들을 이용한 인간의 정상 세균총에 대한 연구가 활발해지도록 했다고 합니다.

 

비배양체는 실험실에서 배양할 수 없는 미생물이지만, 최신 분자생물학 기법을 활용하면 연구가 가능해지고 있습니다.

다음에는 더 유익한 내용을 가지고 오겠습니다. 감사합니다.