맨위로가기

미생물 배양

"오늘의AI위키"는 AI 기술로 일관성 있고 체계적인 최신 지식을 제공하는 혁신 플랫폼입니다.
"오늘의AI위키"의 AI를 통해 더욱 풍부하고 폭넓은 지식 경험을 누리세요.
목차

1. 개요

미생물 배양은 미생물을 유지하고 대량으로 얻기 위해 필요한 기술로, 미생물의 특성 연구, 유용 물질 생산, 공업적 이용 등에 활용된다. 19세기 루이 파스퇴르의 배양액 연구를 시작으로 발전해왔으며, 고체 배지 개발과 페트리 접시의 발명으로 순수 배양이 가능해졌다. 배양은 조배양, 이원 배양, 단균 배양, 무균 배양 등 종류가 다양하며, 배양 방법으로는 액체 배양, 한천 배양, 선택 배지, 도말 배양 등이 있다. 배양 조건과 관련 기술을 통해 미생물을 배양하며, 배양 보존 기관은 표준 미생물의 배양체를 보존하고 배포한다.

더 읽어볼만한 페이지

  • 미생물학 - GFAJ-1
    GFAJ-1은 고농도 비소 환경에서 생장하며 비소를 이용하여 생장할 수 있다는 논란이 있었던 박테리아이다.
  • 미생물학 - 발효
    발효는 미생물이 유기물을 분해하여 에너지를 얻는 과정으로, 다양한 유기물을 이용하여 에탄올, 젖산 등 다양한 대사산물을 생성하며, 식품 보존, 발효식품 제조, 바이오에탄올 생산 등 산업 전반에 활용되는 산소의 유무와 관계없는 이화 작용이다.
미생물 배양

2. 역사

안토니 판 레이우엔훅이 미생물을 발견한 이후 19세기까지 미생물 연구는 자연에서 직접 채취한 것을 중심으로 이루어졌다.[2] 야외에서 채집되는 원생생물이나 균류 외에는 미생물 관찰을 위한 소재로 육수 부패물이 자주 사용되었다. 다만, 이것은 능동적인 배양과는 구분해야 한다.

1860년 루이 파스퇴르가 개발한 최초의 배양 배지는 액체 배지였다.[2] 이는 1881년 로베르트 코흐가 고체 배지를 개발하기 전까지 실험실에서 사용되었다.[3] 코흐가 고체 배지에 평판을 사용하던 방식은 1887년 율리우스 리하르트 페트리가 개발한 둥근 상자로 대체되었다.[2]

파스퇴르는 효모 연구를 진행했을 때, 효모의 생리 작용에 관심을 가지고 이를 연구하기 위해 배양액 성분을 검토하고 배양했다. 이 시기가 배양의 여명기이다. 로베르트 코흐는 병원체 연구를 수행하며, 병원체의 순수 배양을 목적으로 배양법의 기초가 되는 다양한 기술을 개발했다. 이러한 노력에 힘입어 20세기 초에는 주요 병원성 세균의 대부분이 배양되었고, 배양 기술은 비약적으로 발전했다. 조직 배양 또한 기본적으로 이러한 기술의 응용에서 시작되었다.

3. 배양의 필요성

미생물 배양은 연구 대상 미생물을 유지하고 대량으로 얻기 위해 필요하다. 미생물을 배양하면 다음과 같은 이점이 있다.[1]


  • 연구 대상 유지
  • 채집 활동의 노력 및 수고 절감
  • 목적 세포 선별 (스크리닝)
  • 오염 확인
  • 생활환 해명: 세포 상(相)의 추이, 생식 기관 구조와 생식 방법 관찰
  • 세포 대량 획득
  • 세포 손실이 발생하는 관찰 수단용 (전자 현미경 관찰용 시료 제작 등)
  • 단백질, 핵산 등 특정 물질 추출
  • 공업적 이용 (가공, 식용, 유용 물질 생산 및 추출 등)


균류(진균류), 조류, 원생동물, 세균류 (진정세균/고세균) 등의 미생물 연구에는 배양이 필수적이며, 배양 방법이 확립되지 않은 분류군 연구는 일반적으로 늦어진다. 냉동 보존이 가능한 생물도 있지만, 배양이나 냉동 보존을 통해 목적에 맞게 유지되는 생물 단위를 '''균주'''라고 부른다.[1]

파스퇴르 시대부터 미생물 배양 기술 연구가 시작되어 큰 발전을 이루었지만, 아직 배양이 불가능한 미생물(VNC)이 많다. 그러나 유전자 관련 분야가 발전하면서, 최근에는 환경 시료 (토양, 저니, 해수 등)를 직접 PCR에 걸어 염기 서열을 증폭하는 '''environmental PCR'''이 가능해졌다. 이를 통해 형태 관찰조차 어려운 생물, 모습조차 알 수 없는 생물군을 계통수 상에서 인식할 수 있게 되었다. environmental PCR은 생물 개개의 정보량은 적지만, 생물 다양성을 인식하고 분류 지침을 얻는 데 유익하며, 배양 불가능한 생물 존재를 확인할 수 있다는 점에서 매우 중요하다. 하지만 얻을 수 있는 정보가 한정적이므로, 결국 그 생물의 존재가 확인되면 배양법 확립이 필요하며, 배양 없이는 많은 것을 알 수 없다.[1]

4. 배양의 종류

미생물 배양은 순도에 따라 다음과 같이 분류할 수 있다.


  • 조배양: 분리 배양이라고도 한다. 자연에서 채취한 흙이나 물 등을 적절한 배지나 조건에서 배양하여 원하는 생물을 얻는 방법이다. 이 방법으로 생물을 어느 정도 늘린 후, 단리 등의 분리 과정을 거쳐 배양의 순도를 높인다.
  • 이원 배양: 기생성이거나 숙주가 필요한 생물, 또는 살아있는 먹이를 먹어야 하는 종속 영양 생물 배양에 사용된다. 바이러스는 숙주 세포가 필수적이므로 이원 배양을 해야 한다.
  • 단균 배양/단조 배양 (unialgal culture): 목적 생물 외에 다른 진핵생물을 포함하지 않는 배양이다. 세균류가 섞여 있어도 단균 배양이라고 부르는 경우가 많다. 단일 세포에서 증식한 것이 확실한 경우에는 클론 (clonal)이라는 표기를 붙인다. 예외적으로, 단일 세포에서 유래한 균주라도 자가수정(섬모충의 엔도믹시스(endomixis)나 태양충의 페도게미(paedogamy))을 통해 자체적으로 세포핵을 재편하는 생물은 클론이라고 할 수 없다.
  • 무균 배양 (axenic culture): 단리, 세척과 같은 물리적 방법이나 항생 물질 첨가와 같은 화학적 처리를 통해 박테리아의 혼입까지 제거한 배양이다. 일반적으로 순수 배양이라고 부른다.


무균 배양이 가장 이상적인 순도를 가지지만, 무균주를 만들고 유지하는 데는 기술이 필요하므로, 용도에 맞는 정확도의 배양을 해야 한다. 예를 들어, 16S rRNA 계통 분석을 할 때는 원핵생물의 혼입은 치명적이지만, 진핵생물만 가지는 분자종인 18S rRNA의 경우에는 문제가 되지 않는다. 그 외에도, 분류군 특이적인 프라이머로 증폭 서열을 선택하거나, 여과나 원심 분리 등의 조작으로 불필요한 세포를 제거하는 방법도 있다. 이러한 방법은 이원 배양계를 이용할 때 특히 중요하다.

인공적인 환경에서 자라지 않는 생물은 화분에 식물을 심고 접종하거나, 동물의 체내에 주입하여 기르는 등 다른 생물 자체를 배양 환경으로 이용하기도 한다. 파스퇴르는 광견병 백신을 개발할 때 개에서 개로, 그것도 뇌에서 뇌로 직접 옮겨 심는 방법을 사용했다고 한다. 현재에도 인플루엔자 바이러스 등의 백신 제조에는 계란이 사용된다.

5. 배양 방법

미생물 배양은 특정 배지에 미생물을 접종하여 성장 및 번식시키는 과정이다. 성공적인 배양을 위해서는 미생물의 종류에 따라 온도, pH 등 배양 환경을 알맞게 조절해야 한다.[6]

배양 방법
방법설명용도 및 장점
액체 배양루리아 브로스와 같은 액체 배지에 미생물을 접종한다.대량의 미생물 배양, 항균제 분석, 세균 감별에 적합하다.
한천 평판 배양페트리 접시의 한천 배지에 미생물을 도말하거나 줄무늬로 배양한다.고정된 환경에서 미생물을 배양할 수 있으며, 작고 쌓을 수 있어 편리하다.
한천 기반 디프스틱소형 한천 배지를 이용한 배양 방법이다.현장 진단에 적합하며, 경제적이고 사용하기 쉽다.
선택/차별 배지특정 미생물만 선택적으로 배양하거나, 미생물 특성에 따라 구별하는 배지에서 배양한다.미지의 미생물을 식별하거나 배양물을 정제하는 데 유용하다.
도말 배양고체 한천 시험관에 미생물을 접종한다.단기 보관 및 세균 감별에 용이하다.


액체 배양은

남세균 ''Synechococcus'' PCC 7002의 액체 배양
과 같이 루리아 브로스와 같은 액체 영양 배지에 원하는 미생물을 넣어 배양하는 방법이다. 이는 대량의 박테리아나 기타 미생물을 배양하는 데 유용하다. 액체 배양은 항균성 분석을 준비하는 데 이상적인데, 액체 배지에 박테리아를 접종하여 하룻밤 동안 배양한 후 특정 약물이나 단백질(항균 펩타이드)의 항균 활성을 테스트할 수 있다. 정적 액체 배양은 흔들지 않아 미생물에 산소 구배를 제공한다.[6]
한천 평판 배양은 페트리 접시에 얇은 한천 배지를 깔고 미생물을 배양하는 방법이다. 배양 후에는 추가 실험을 위해 냉장고에 거꾸로 보관할 수 있다. 첨가제를 통해 특정 세균만 자라게 할 수 있는데, 예를 들어 항생제 내성 유전자를 가진 세균만 자라게 하여 형질전환된 콜로니를 선택할 수 있다.
한천 기반 디프스틱은 소형화된 한천 배양 접시로, 현장 진단에 유용하다. 경제적이며 전문 지식이나 실험실 환경 없이 사용할 수 있다.[7]
선택 배지 및 감별 배지는 특정 미생물만 선택적으로 키우거나, 미생물의 특성에 따라 구별하는 배지이다. 예를 들어, 에오신 메틸렌 블루(EMB)는 그람 양성 세균의 성장을 억제하고 그람 음성 세균을 선택하는 데 사용된다.[8] 맥콘키 한천 배지(MacConkey agar, MAC)는 pH 지시약을 통해 젖당 발효 세균을 확인할 수 있다.[9]
다중 표적 패널은 여러 생화학적 검사를 동시에 수행하여 미생물을 동정하는 방법이다. 각 웰에는 생화학적 검사를 위한 성장 배지와 성분이 포함되어 있으며, 세균 특성에 따라 흡광도가 변한다. 색도계법, 탁도법, 형광 측정법 등으로 분석하고, 결과를 데이터베이스와 비교하여 세균 종을 진단한다. 항생제 감수성 검사도 동시에 수행할 수 있다.[10]

균주의 운동성(왼쪽)과 비운동성(오른쪽)은 찌르기 선을 통해 구별 가능하다.

도말(찌르기) 배양은 시험관 내 고체 한천에 접종 바늘이나 피펫 팁으로 미생물을 찔러 넣어 배양하는 방법이다. 뚫린 부위에서 미생물이 자라며, 단기 보관이나 운송에 유용하다. 찌르기 배양은 운동성이나 산소 요구량 등 미생물의 특성을 나타낼 수 있다.[11]

6. 배양 조건

배양을 성공적으로 수행하기 위해서는 미생물 종의 특성에 맞춰 온도, pH 및 그 밖의 배양 환경을 알맞게 유지시켜줘야 한다.

배양 시 고려해야 할 환경 조건(배지 외)에는 다음과 같은 것들이 있다.


  • 온도
  • 압력
  • 광
  • 광양자속 밀도(photon flux density)
  • 명암 주기
  • 기상
  • 산소 분압(호기 환경/혐기 환경)
  • 이산화 탄소 분압


이러한 환경 조건과 관련하여, 일반적인 생물과는 동떨어진 조건을 요구하거나, 이에 견딜 수 있는 생물을 극지 환경 생물(→극지 환경 미생물)이라고 한다.

하지만 이를 정의하기 위해서는 일반적인 조건이라는 것이 존재한다는 것이 전제되어야 한다. 이는 일반적으로 인간이 거주하는 실내를 상정한다. 예를 들어 1기압, 그늘, 25°C 등이다. 이것이 생물에게 진정으로 표준적인 것인지에 대해서는 재검토가 필요한 측면도 있다. 예를 들어 숲 토양의 균류 연구에서 실제 숲 토양의 온도가 대부분 실온 이하이기 때문에, 더 낮은 온도에서 분리 배양을 실시하여 지금까지 얻을 수 없었던 많은 것들이 출현했다는 보고가 있었다.

Bacillus acidocaldarius영어, Bacillus stearothermophilus영어, Thermus aquaticus영어 및 Thermus thermophilus영어 등과 같이 50~70°C에서 생장하는 호열성 미생물의 고체 평판 배양의 경우, 상기 호열성 세균의 계수 또는 분리, 또는 둘 다에 대해, 한천보다 저 아실 정제 젤란 검이 선호되는 겔화제로 입증되었다.[12]

7. 배양 관련 기술

파스퇴르는 효모 연구에서 효모의 생리 작용을 연구하기 위해 배양액 성분을 검토하고 배양했는데, 이 시기가 배양의 여명기이다. 로베르트 코흐는 병원체 연구를 하면서 병원체의 순수 배양을 위해 배양법의 기초가 되는 다양한 기술을 개발했다. 이러한 노력 덕분에 20세기 초에는 주요 병원성 세균 대부분이 배양되었고, 배양 기술은 크게 발전했다. 조직 배양 또한 이러한 기술을 응용한 것이다.[1]

미생물 배양 관련 기술은 다음과 같다.


  • 접종: 배양을 위한 선행 과정으로, 시료(미생물)를 배지에 심는 것이다.[1]
  • 분리: 단일 미생물 개체(세포)를 다른 개체와 구별하여 독립된 콜로니를 형성시키는 것이다. 분리는 접종과 배양의 결과이다.[1]
  • 검사: 배양된 미생물의 특성을 현미경 관찰, 염색법 등으로 조사하는 과정이다. 현미경 관찰로는 미생물의 운동성, 크기, 색 등을 확인할 수 있으며, 염색법으로는 시각적 관찰을 쉽게 하고 개체 수, 생사 유무, 특정 미생물의 분류 등을 파악할 수 있다.[1]
  • 동정: 미생물의 종을 판별하고 특성을 알아내는 과정이다. 생화학적 검사, 면역학적 검사, 유전자 검사 등이 활용된다.[1]
  • 멸균: 배양 과정에서 오염을 막기 위해 사용되는 기술이다. 가열 멸균, 알코올 멸균, 방사선 멸균 등이 있다.[1]
  • 단리: 천연 샘플이나 조배양에서 목적 생물을 분리하는 기술이다. 마이크로피펫법, 백금 이이 등이 사용된다.[1]
  • 희석: 샘플을 희석하여 확률적으로 세포를 얻는 방법이다.[1]
  • 전배양: 소량 배양 후 단계적으로 배양 규모를 늘리는 과정이다.[1]

8. 난배양성 미생물

균류(진균류), 조류, 원생동물, 세균류(진정세균/고세균) 등의 미생물은 배양이 연구에 필수적이지만, 아직 배양 불가능한 (VNC) 미생물이 대다수이다. 파스퇴르 시대부터 배양 기술이 발전했지만, 여전히 많은 미생물이 배양되지 않고 있다.[1]

유전자 관련 분야가 발전하면서 환경 시료(토양, 저니, 해수 등)를 직접 PCR하여 염기 서열을 증폭하는 '''environmental PCR'''이 가능해졌다. 이를 통해 형태 관찰조차 불가능한 미생물도 계통수 상에서 인식할 수 있게 되었다. environmental PCR은 생물 다양성 인식과 분류 지침 획득에 유용하며, 배양 불가능한 생물의 존재를 확인하는 데 중요하다. 그러나 얻을 수 있는 정보가 제한적이므로, 배양법 확립이 여전히 필요하다.[1]

극지 환경 생물이나 기생성 생물은 배양계를 확립하기 어렵다. 예를 들어 절지동물 장관 내에 생육하는 접합균문 트리코미케스강 균류나, 절지동물에 외부 기생하는 자낭균문 진정자낭균강 라불베니아과 균류는 극히 일부를 제외하고 배양에 성공한 예가 없다. 일반적인 환경에 서식하는 생물이라도 외양성 방산충류를 비롯한 종속 영양성 원생생물 대부분은 안정적인 배양 수단이 알려져 있지 않다.[1]

9. 미생물 배양 보존 기관

미생물 배양 보존 기관은 표준 참조 미생물의 생존 가능한 배양체, 세포주 및 기타 물질을 획득, 인증, 생산, 보존, 목록화 및 배포하는 데 중점을 둔다. 이는 세균 분류학 연구에 사용된다.[13][14] 배양 보존 기관은 또한 기준 균주의 저장소이다.

한국의 주요 미생물 보존 기관으로는 한국생명공학연구원 생물자원센터(KCTC), 한국미생물보존센터(KCCM) 등이 있다.

주요 국립 배양 보존 기관[13][14]
기관 약어이름소재지
ATCC미국 유형 배양 보존 기관매너서스, 버지니아
BCCM벨기에 미생물 협동 배양 기관브뤼셀, 벨기에 (분산형, 조정 본부)
CCUG예테보리 대학교 배양 보존 기관예테보리, 스웨덴
CECT스페인 표준 배양체 수집발렌시아, 스페인
CIP파스퇴르 연구소 배양 기관파리, 프랑스
DSMZ독일 미생물 및 세포 배양 보존 기관브라운슈바이크, 독일
ICMP식물 유래 미생물 국제 배양 기관오클랜드, 뉴질랜드
JCM일본 미생물 배양 기관쓰쿠바, 이바라키, 일본
NCTC국립 표준 배양 기관영국 공중 보건청, 런던, 영국
NCIMB국립 산업, 식품 및 해양 세균 배양 기관애버딘, 스코틀랜드
NCPPB국립 식물 병원성 세균 배양 기관요크, 잉글랜드


참조

[1] 웹사이트 Throat Culture http://www.webmd.com[...] 2010-06-28
[2] 논문 Bacterial culture through selective and non-selective conditions: the evolution of culture media in clinical microbiology 2020-03
[3] 논문 Evolution of bacterial and fungal growth media 2015-04-30
[4] 논문 Challenges and Approaches of Culturing the Unculturable Archaea 2023-12-07
[5] 논문 New techniques for isolation of single prokaryotic cells https://academic.oup[...] 2000-12-01
[6] 논문 Selective Outgrowth of Fimbriate Bacteria in Static Liquid Medium American Society for Microbiology
[7] 논문 Digital dipstick: miniaturized bacteria detection and digital quantification for the point-of-care
[8] 웹사이트 6.3C: Selective and Differential Media https://bio.libretex[...] 2017-05-11
[9] 간행물 MacConkey Medium http://www.ncbi.nlm.[...] StatPearls Publishing 2024
[10] 서적 Henry's Clinical Diagnosis and Management by Laboratory Methods https://books.google[...] Elsevier Health Sciences
[11] 웹사이트 Addgene: Streaking a Plate from an Addgene Stab Culture https://www.addgene.[...]
[12] 문서 Lin, Chi Chung and Casida, L. E. (1984) GELRITE as a Gelling Agent in Media for the Growth of Thermophilic Microorganisms. Applied and Environmental Microbiology 47, 427–429.
[13] 서적 Brock biology of microorganisms Benjamin Cummings
[14] 논문 History and services of culture collections http://roderic.uv.es[...]


본 사이트는 AI가 위키백과와 뉴스 기사,정부 간행물,학술 논문등을 바탕으로 정보를 가공하여 제공하는 백과사전형 서비스입니다.
모든 문서는 AI에 의해 자동 생성되며, CC BY-SA 4.0 라이선스에 따라 이용할 수 있습니다.
하지만, 위키백과나 뉴스 기사 자체에 오류, 부정확한 정보, 또는 가짜 뉴스가 포함될 수 있으며, AI는 이러한 내용을 완벽하게 걸러내지 못할 수 있습니다.
따라서 제공되는 정보에 일부 오류나 편향이 있을 수 있으므로, 중요한 정보는 반드시 다른 출처를 통해 교차 검증하시기 바랍니다.

문의하기 : help@durumis.com