'원핵생물'이라는 용어에 대한 논란
박테리아와 고세균은 오랫동안 원핵생물이라고 불려 왔습니다. 이 용어는 20세기 초에 처음 소개되었지만, 원핵생물의 개념은 1962년 R. 스타니에와 C. B. 반 니엘이 원핵생물이 진핵세포와 비교하여 부족한 점을 설명할 때까지 완전히 윤곽이 드러나지 않았습니다. 예를 들어, 스타니에와 반 니엘은 원핵생물에는 막으로 둘러싸인 핵, 세포 골격, 막으로 둘러싸인 세포 소기관, 소포체와 골지체와 같은 내부 막 구조가 없다고 지적했습니다. 1960년대 이후 생화학, 유전학, 게놈 분석을 통해 박테리아와 고세균은 서로 다른 분류군이라는 사실이 밝혀졌습니다. 이러한 발견으로 인해 2006년 노먼 페이스는 원핵생물이라는 용어를 버려야 한다고 제안했고, 많은 미생물학자들이 이에 동의했습니다.
세균들의 공통점
많은 박테리아 세포에 공통적으로 나타나는 특징에 대해 미리 살펴보겠습니다. 먼저 전반적인 세포 형태를 고려한 다음 전반적인 세포 형태를 살펴본 다음 세포 구조를 설명하겠습니다.
형태, 배열, 크기
세균은 크기가 작고 단순하여 비슷하게 생겼을 것이라고 오해하는 경우가 많습니다. 미생물의 세계는 형태학적으로 매우 다양합니다. 하지만 가장 일반적인 두 가지 모양은 구균과 막대입니다. 구균은 대략 구형의 세포입니다. 이들은 단독으로 존재하거나 식별에 유용할 수 있는 특징적인 배열로 연관될 수 있습니다. 디플로코쿠스는 콕시가 분열하여 한 쌍을 이룰 때 발생합니다. 긴 사슬 모양의 구균은 세포가 한 평면에서 분열을 반복한 후 부착할 때 발생하며, 이 패턴은 스트렙토코커스, 엔테로코커스, 락토코커스 속에서 볼 수 있습니다. 포도상구균 속의 구성원은 무작위 평면에서 분열하여 불규칙한 모양의 클러스터를 생성합니다. 두 개 또는 세 개의 평면에서 분열하면 대칭적인 구균 그룹을 생성할 수 있습니다. 마이크로코커스 속의 박테리아는 종종 두 개의 평면으로 분열하여 테트라드라고 하는 네 개의 세포로 이루어진 정사각형 그룹을 형성합니다. 사시나 속에서는 구균이 세 개의 평면으로 분열하여 8개의 세포로 구성된 정육면체 패킷을 생성합니다. 레지오넬라 뉴모필라균은 막대 모양의 막대 모양을 가진 박테리아의 예입니다. 바실리라고도 불리는 막대는 길이와 너비의 비율이 상당히 다르며, 코코바실리는 매우 짧고 넓어서 구균과 비슷합니다. 막대 끝의 모양은 종종 종에 따라 다르며 평평하거나 둥글거나 축구공 모양이거나 두 갈래로 갈라져 있을 수 있습니다. 많은 막대가 단독으로 발생하지만, 일부는 분열 후에도 함께 남아 쌍이나 사슬을 형성합니다. 일부 박테리아는 다세포로 생각할 수 있습니다. 많은 액티노박터균은 균사라고 하는 긴 필라멘트를 형성합니다. 균사는 균사체라고 하는 네트워크를 형성하며, 이런 의미에서 진핵균의 사상균과 유사합니다. 광합성 박테리아 그룹인 많은 시아노박테리아도 사상균입니다. 사상균은 사상체 내 세포 간에 어느 정도 분화가 가능합니다. 예를 들어, 일부 사상성 시아노박테리아는 필라멘트 내에 특수한 세포인 헤테로시스트라는 특수 세포를 형성하여 질소 고정을 수행합니다.
마이소박테리아는 형태학적으로도 복잡합니다. 이러한 박테리아는 때때로 뭉쳐서 자실체라는 구조를 형성하기도 합니다.
연쇄상구균목: 항생제의 중요한 항생제의 공급원; 시아노박테리아 문: 산소성 광합성 박테리아; 비델로 비비오노타 및 마이소코코타 문 대장균은 평균적인 크기의 세균 세포의 훌륭한 예입니다.
연속체의 다른 쪽 끝에는 길이가 500μm에 이르는 일부 스피로체와 같은 박테리아가 있습니다. 일부 박테리아는 박테리아 기준으로 거대합니다. 예를 들어, 에풀로피시움 피셸소니는 600×80μm의 크기로 자라는데, 이는 인쇄된 하이픈보다 약간 작고 진핵생물 파라메시움보다 훨씬 큰 크기입니다. 이보다 더 큰 박테리아인 티오마르가리타 나미비엔시스는 해양 퇴적물에 서식합니다. 따라서 몇몇 박테리아는 평균적인 진핵 세포보다 훨씬 큽니다. 박테리아가 보여주는 다양한 크기와 모양은 다음과 같은 근본적인 질문을 제기합니다. 박테리아 종이 특정 크기와 모양을 갖게 되는 원인은 무엇일까?
특정 크기와 모양을 갖게 되는 이유는 무엇일까요? 오랫동안 미생물의 표면적 대 부피 비율을 높이려면 미생물의 크기가 작아야 한다고 생각했습니다. 이 비율이 증가하면 영양분의 흡수와 세포 내 영양분 및 기타 분자의 확산이 더 효율적으로 이루어지고, 결과적으로 빠른 성장이 촉진됩니다. 모양은 S/V 비율에 영향을 줍니다. 코커스와 같은 부피를 가진 막대는 코커스보다 S/V 비율이 더 높습니다. 이는 막이 원형질막을 가로질러 더 큰 영양소 플럭스를 가질 수 있다는 것을 의미합니다. 그러나 E. 피셸소니의 발견은 박테리아가 매우 클 수 있다는 것을 보여줍니다. 박테리아가 커지려면 S/V 비율을 극대화하는 다른 특성을 가지고 있거나, 어떤 식으로든 박테리아의 크기가 유익해야 합니다. 예를 들어, E. 피셸소니는 매우 복잡한 원형질막을 가지고 있어 S/V 비율이 증가합니다. 또한 큰 세포는 포식성 원생동물에게 먹힐 가능성이 적습니다. 필라멘트가 있거나, 줄기가 있거나, 모양이 이상한 세포도 포식자에게 덜 취약합니다.
세포의 구성
박테리아 세포에서 흔히 관찰되는 세포 조직 구조는 간단합니다. 하지만 모든 박테리아가 항상 이러한 구조를 모두 가지고 있는 것은 아닙니다. 일부는 특정 조건이나 수명 주기의 특정 단계에 있는 특정 세포에서만 발견됩니다.
박테리아 세포 구조에는 몇 가지 공통적인 특징이 있습니다. 박테리아 세포는 여러 층으로 둘러싸여 있으며, 이를 통칭하여 세포 외피라고 합니다. 가장 일반적인 세포 외피 층은 원형질막, 세포벽, 캡슐 또는 슬라임 층입니다. 세포 외피의 가장 안쪽 층은 세포질을 둘러싸고 있는 원형질막입니다. 대부분의 박테리아는 화학적으로 복잡한 세포벽을 가지고 있으며, 이 세포벽이 원형질막을 덮고 있습니다. 많은 박테리아는 세포벽을 캡슐 또는 슬라임 층으로 둘러싸고 있습니다. 대부분의 박테리아에는 세포막에 결합된 내부 소기관이 없기 때문에 박테리아의 내부는 형태학적으로 단순해 보입니다. 유전 물질은 뉴클레오이드라고 불리는 개별 영역에 국한되어 있으며 막에 의해 주변 세포질과 분리되어 있지 않습니다. 리보솜과 내포물이라고 불리는 더 큰 덩어리가 세포질 주위에 흩어져 있습니다. 필러스라고 불리는 필라멘트 구조는 표면에서 돌출되어 유전자 전달이나 표면 부착을 촉진할 수 있습니다. 마지막으로, 많은 박테리아는 편모를 사용하여 이동합니다.