맨위로가기

클로스트리디움속

"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

클로스트리디움속은 절대 혐기성 세균으로, 내생포자를 생성하며, 164개의 유효하게 출판된 종을 포함한다. 소시지 중독 연구에서 처음 발견되었으며, 혐기성 세균 분류 발전에 중요한 역할을 했다. 전통적인 분류 체계는 기준종과 관련이 없는 유기체를 포함하여 변화를 겪었으며, 현재는 클러스터 I으로 제한하려는 노력이 진행 중이다. 클로스트리디움속 세균은 당분해를 통해 부티르산, 부탄올 등을 생성하며, 일부 종은 보툴리즘, 파상풍, 위막성 대장염 등 다양한 질병을 유발한다. 페니실린 G 등의 항생제로 치료하며, 산업적으로는 아세톤, 바이오부탄올, 보톡스 생산 등에 활용된다.

2. 역사

클로스트리디움속의 역사는 1700년대 후반 독일에서 특정 소시지를 먹고 발생하는 질병에서 시작되었다. 1817년 유스티누스 케르너는 막대 모양의 세포를 발견했고, 1897년 에밀 반 에르멩겜은 상한 햄에서 내생포자를 형성하는 유기체를 분리했다.[1] 1880년경 프라즈모프스키는 ''클로스트리디움 부티리쿰''에 처음으로 이명법을 부여했다.[3] 1924년 이다 A. 벵트손은 이 미생물을 ''바실루스속''에서 분리하여 ''클로스트리디움속''으로 할당했다.[1]

이후 1994년 콜린스의 rRNA 계통 발생 연구를 통해 클로스트리디움속이 기준종과 관련 없는 많은 유기체를 포함한다는 것이 밝혀졌다. 이에 따라 속은 20개의 클러스터로 나뉘었고, 기준종인 ''Clostridium butyricum''과 근연종은 클러스터 ''I''에 포함되었다.[5] 이후 많은 새로운 속이 분리되었으며, 최종 목표는 ''클로스트리디움속''을 클러스터 ''I''로 제한하는 것이다.[6] "클로스트리디움" 클러스터 ''XIVa'' (Lachnospiraceae)와 "클로스트리디움" 클러스터 ''IV'' (Ruminococcaceae)는 식이 섬유 발효에 중요하며, 반추위와 사람 대장에서 풍부한 분류군을 형성한다.[7][8]

2. 1. 초기 발견

1700년대 후반, 독일에서 특정 소시지를 먹고 발생하는 질병이 여러 차례 발생했다. 1817년, 독일의 신경학자 유스티누스 케르너는 소시지 중독에 대한 연구에서 막대 모양의 세포를 발견했다.[1] 1897년, 벨기에 생물학 교수 에밀 반 에르멩겜은 상한 햄에서 분리한 내생포자 형성 유기체에 대한 연구 결과를 발표했다. 생물학자들은 반 에르멩겜의 발견을 다른 알려진 그람 양성 포자 형성체와 함께 ''바실루스속''(Bacillus)에 분류했다. 그러나 이 분류는 분리된 균주가 혐기성 조건에서만 생장했지만, ''바실루스''는 산소 환경에서도 잘 자랐기 때문에 몇 가지 문제를 야기했다.[1]

1880년경, 프라즈모프스키라는 과학자는 발효와 낙산 합성을 연구하는 과정에서 ''클로스트리디움 부티리쿰''(Clostridium butyricum)에 처음으로 이명법을 부여했다.[3] 당시에는 혐기성 호흡의 메커니즘이 아직 잘 밝혀지지 않았기 때문에 혐기성 세균의 분류는 발전 중이었다.[3]

1924년, 이다 A. 벵트손은 반 에르멩겜의 미생물을 ''바실루스'' 그룹에서 분리하여 ''클로스트리디움속''(Clostridium)에 할당했다. 벵트손의 분류 체계에 따르면 ''클로스트리디움''은 데술포토마쿨룸속(Desulfotomaculum)을 제외한 모든 혐기성 내생 포자 형성 막대 모양 세균을 포함했다.[1]

2. 2. 분류의 발전

1817년, 독일의 신경학자 유스티누스 케르너는 소시지 중독에 대한 연구에서 막대 모양의 세포를 발견했다.[1] 1897년, 벨기에 생물학 교수 에밀 반 에르멩겜은 상한 햄에서 분리한 내생포자 형성 유기체에 대한 연구 결과를 발표했다. 생물학자들은 반 에르멩겜의 발견을 다른 알려진 그람 양성 포자 형성체와 함께 ''바실루스속''(Bacillus)에 분류했다. 그러나 이 분류는 분리된 균주가 혐기성 조건에서만 생장했지만, ''바실루스''는 산소 환경에서도 잘 자랐기 때문에 몇 가지 문제를 야기했다.[1]

1880년경, 프라즈모프스키라는 과학자는 발효와 낙산 합성을 연구하는 과정에서 ''클로스트리디움 부티리쿰''(Clostridium butyricum)에 처음으로 이명법을 부여했다.[3] 당시에는 혐기성 호흡의 메커니즘이 아직 잘 밝혀지지 않았기 때문에 혐기성 세균의 분류는 아직 발전 중이었다.[3]

1924년, 이다 A. 벵트손은 반 에르멩겜의 미생물을 ''바실루스'' 그룹에서 분리하여 ''클로스트리디움속''(Clostridium)에 할당했다. 벵트손의 분류 체계에 따르면 ''클로스트리디움''은 ''데술포토마쿨룸속''(Desulfotomaculum)을 제외한 모든 혐기성 내생 포자 형성 막대 모양 세균을 포함했다.[1]

2. 3. 현대의 분류 체계

1924년, 이다 A. 벵트손은 반 에르멩겜의 미생물을 ''바실루스속'' 그룹에서 분리하여 ''클로스트리디움속''(Clostridium)에 할당했다. 벵트손의 분류 체계에 따르면 ''클로스트리디움''은 ''데술포토마쿨룸속''(Desulfotomaculum)을 제외한 모든 혐기성 내생 포자 형성 막대 모양 세균을 포함했다.[1]

전통적으로 정의된 이 속은 기준종과 밀접한 관련이 없는 많은 유기체를 포함한다. 이 문제는 1994년 콜린스의 rRNA 계통 발생에 의해 상세히 설명되었는데, 전통적인 속(현재 Clostridia의 큰 부분을 차지함)을 20개의 클러스터로 나누었으며, 클러스터 ''I''에는 기준종인 ''Clostridium butyricum''과 그 근연종이 포함되었다.[5] 수년에 걸쳐, 이로 인해 많은 새로운 속이 분리되었으며, 최종 목표는 ''클로스트리디움''을 클러스터 ''I''로 제한하는 것이다.[6]

"클로스트리디움" 클러스터 ''XIVa'' (현재 Lachnospiraceae)[10]와 "클로스트리디움" 클러스터 ''IV'' (현재 Ruminococcaceae)[10]는 식이 섬유를 구성하는 식물 다당류를 효율적으로 발효시키며,[7] 이는 반추위와 사람의 대장에서 중요하고 풍부한 분류군을 만든다.[8] 앞서 언급했듯이, 이 클러스터는 현재의 ''클로스트리디움''에 속하지 않으며,[5][9] 이러한 용어의 사용은 모호하거나 일관성이 없는 사용을 피해야 한다.[10]

3. 생화학적 특징

클로스트리디움속의 종들은 절대 혐기성 세균이며 내생포자를 생성할 수 있다. 이들은 일반적으로 그람 양성 세균으로 염색되지만, 바실루스와 마찬가지로 배양액이 오래될수록 그람 음성 세포의 수가 증가하기 때문에 그람 가변적이라고 묘사되기도 한다.[11]

클로스트리디움의 영양 세포는 막대 모양이며, 이는 그리스어 κλωστήρ(클로스테르, 방추)에서 유래되었다. 클로스트리디움 내생포자는 독특한 볼링 핀 또는 병 모양을 띠며, 일반적으로 타원형인 다른 세균의 내생포자와 구별된다. 셰퍼-풀턴 염색 (물에 0.5% 말라카이트 그린)을 사용하여 바실루스와 클로스트리디움의 내생포자를 다른 미생물과 구별할 수 있다.[12]

클로스트리디움은 내생포자를 형성하는 속인 바실루스와 절대 혐기성 생장, 내생포자의 모양, 카탈라아제의 부재로 구별될 수 있다. 데술포토마쿨룸 속의 종들은 유사한 내생포자를 형성하며, 황을 필요로 한다는 점으로 구별할 수 있다.[1]

''클로스트리디움 퍼프린젠스''(C. perfringens) 및 기타 병원성 세균을 검출하기 위한 상업적으로 이용 가능한 중합효소 연쇄 반응 (PCR) 검사 키트(Bactotype)가 있다.[13] 클로스트리디움속 세균은 토양과 장관에서 쉽게 발견된다. 또한 여성의 건강한 하부 생식기의 정상적인 서식자이기도 하다.[14]

3. 1. 당분해 및 발효

클로스트리디움속 세균에 의한 당분해와 피루브산의 발효는 부티르산, 부탄올, 아세톤, 아이소프로판올, 이산화 탄소를 최종 생성물로 만든다.[11]

3. 2. 병원성 클로스트리디움

클로스트리디움 보툴리눔(''C. botulinum'')은 보툴리누스 중독을 일으키는 보툴리누스 독소를 생산한다. 꿀 등에 포함된 ''C. botulinum''의 아포는 1세 미만 유아에게 영아 보툴리누스증을 유발할 수 있으며, 이는 유아의 호흡 근육 마비로 이어진다. 그러나 일정 연령 이상에서는 소화 기관 내 다른 세균과의 경쟁으로 인해 ''C. botulinum'' 오염 꿀 섭취가 문제가 되지 않는다.

클로스트리디움 테타니(''C. tetani'')는 파상풍균으로, 토양 속 아포 형태로 존재하다 상처를 통해 감염된다. 테타노스 독소를 생성하여 파상풍을 유발하며, 이는 심한 경련을 동반한다.

클로스트리디오이데스 디피실(''C. difficile'')은 사람과 동물의 장내에 서식하며, 항생제에 비교적 저항성이 있다. 항생제 대량 투여 시 다른 장내 세균이 사멸하면 과잉 증식하여 위막성 대장염을 일으킨다. 2016년에 ''클로스트리디오이데스''속으로 재분류되었다.

클로스트리디움 퍼프린젠스(''C. perfringens'')는 웰시균으로 불렸으며, 사람과 동물의 장내 상재균이지만 일부 균종은 독소를 생산하여 식중독을 유발한다. 상처 감염 시 심각한 가스 괴저를 일으키기도 하며, 양과 염소에게 엔테로톡세미아를 유발한다.

클로스트리디움 소르델리(''C. sordellii'')는 유산 후 매우 드물게 치명적인 감염증을 일으킨다.

4. 치료

일반적으로 클로스트리디움 감염의 치료는 고용량의 페니실린 G이며, 이 균은 이에 대해 여전히 감수성을 유지하고 있다.[17] ''웰치 클로스트리디움''과 ''파상풍균''은 설폰아미드에 반응한다.[18] 클로스트리디움은 테트라사이클린, 카바페넴(이미페넴), 메트로니다졸, 반코마이신, 클로람페니콜에도 감수성이 있다.[19]

클로스트리디움의 영양 세포는 열에 불안정하며 72°C~75°C 이상의 온도에서 단시간 가열하면 사멸한다. ''클로스트리디움'' 포자의 열적 파괴에는 더 높은 온도(예: 오토클레이브에서 121.1°C 이상)와 더 긴 조리 시간(문헌에 기록된 50분 이상 예외적인 경우도 있지만 20분)이 필요하다. ''클로스트리디움''과 ''바실루스''는 방사선에 상당히 강하여 약 30 kGy의 용량이 필요하며, 이는 소매 시장에서 일반적인 사용을 위한 유통기한이 긴 조사식품 개발에 심각한 장애가 된다.[20] 라이소자임, 질산염, 아질산염, 프로피온산 염의 첨가는 다양한 식품에서 클로스트리디움을 억제한다.[21][22][23]

프락토올리고당(프락탄)은 치커리, 마늘, 양파, 리크, 아티초크, 아스파라거스와 같은 여러 식품에 비교적 많은 양으로 존재하며, 프리바이오틱 또는 비피더스 인자 효과가 있어 비피도박테리움 및 유산균과 같은 대장의 유익한 박테리아의 성장과 대사를 선택적으로 촉진하는 동시에 클로스트리디움, 푸소박테리아 및 ''박테로이드''와 같은 유해한 박테리아를 억제한다.[24]

5. 산업적 이용


  • '''클로스트리디움 써모셀룸(Clostridium thermocellum)'''은 리그노셀룰로스 폐기물을 사용하여 에탄올 연료 생산에 사용될 수 있는 에탄올을 생성할 수 있다. 또한 산소 요구량이 없고 호열성 세균이므로 냉각 비용이 절감된다.
  • '''클로스트리디움 아세토부틸리쿰(Clostridium acetobutylicum)'''은 1916년 하임 바이츠만에 의해 처음 사용되어 전분에서 아세톤과 바이오부탄올을 생산하여 코다이트(무연 화약)를 생산했다.
  • '''클로스트리디움 보툴리눔(Clostridium botulinum)'''은 희석된 형태로 약물 보톡스에 사용되는 잠재적으로 치명적인 신경독소를 생성하며, 주름 방지 효과를 지연시키기 위해 이마의 표정 근육의 움직임을 막는 얼굴 신경에 주의 깊게 주입한다. 또한 사경증 치료에도 사용되며 약 12~16주 동안 완화를 제공한다.
  • '''클로스트리디움 부티리쿰(Clostridium butyricum)''' MIYAIRI 588 균주는 ''클로스트리디움 디피실레(Clostridium difficile)''의 성장을 방해하는 것으로 보고되어 일본, 한국 및 중국에서 예방을 위해 판매된다.
  • '''클로스트리디움 히스토리리쿰(Clostridium histolyticum)'''은 동물 조직을 분해하는 효소 콜라게나아제의 공급원으로 사용되어 왔다. 클로스트리디움 종은 조직을 뚫고 먹기 위해 콜라게나아제를 배출하여 병원균이 신체 전체로 퍼지도록 돕는다. 의료계에서는 감염된 상처의 변연 절제술과 같은 이유로 콜라게나아제를 사용한다.[1]
  • 최근 상업용 닭 폐기물에서 발견된 '''클로스트리디움 융다할리(Clostridium ljungdahlii)'''는 합성 가스, 화석 연료 또는 바이오매스의 부분 연소에서 생성될 수 있는 일산화 탄소와 수소의 혼합물인 단일 탄소 공급원으로부터 에탄올을 생산할 수 있다.
  • '''클로스트리디움 부티리쿰(Clostridium butyricum)'''은 글리세롤을 1,3-프로판디올로 전환한다.
  • '''클로스트리디움 써모셀룸(Clostridium thermocellum)'''의 유전자는 형질전환 생쥐에 삽입되어 엔도글루카나아제의 생산을 허용했다. 이 실험은 단위위 동물의 소화 능력을 개선하는 방법에 대해 더 많이 배우기 위한 것이었다.
  • 비병원성 ''클로스트리디움'' 균주는 암과 같은 질병 치료에 도움이 될 수 있다. 연구에 따르면 ''클로스트리디움''은 암세포를 선택적으로 표적으로 할 수 있다. 일부 균주는 고형 종양 내로 들어가 증식할 수 있다. 따라서 ''클로스트리디움''을 사용하여 치료 단백질을 종양에 전달할 수 있다. 이러한 ''클로스트리디움''의 사용은 다양한 전임상 모델에서 입증되었다.
  • '''클로스트리디움 베이제린키(Clostridium beijerinckii)''', '''클로스트리디움 부티리쿰(Clostridium butyricum)'''과 다른 속의 종과 같은 ''클로스트리디움'' 종의 혼합물은 효모 폐기물로부터 바이오수소를 생산하는 것으로 나타났다.

6. 최신 연구 동향


  • '''클로스트리디움 써모셀룸(Clostridium thermocellum)'''은 리그노셀룰로스 폐기물을 사용하여 에탄올 연료 생산에 사용될 수 있는 에탄올을 생성할 수 있다. 또한 산소 요구량이 없고 호열성 세균이므로 냉각 비용이 절감된다.
  • '''클로스트리디움 아세토부틸리쿰(Clostridium acetobutylicum)'''은 1916년 하임 바이츠만에 의해 처음 사용되어 전분에서 아세톤과 바이오부탄올을 생산하여 코다이트(무연 화약)를 생산했다.
  • '''클로스트리디움 보툴리눔(Clostridium botulinum)'''은 희석된 형태로 약물 보톡스에 사용되는 잠재적으로 치명적인 신경독소를 생성하며, 주름 방지 효과를 지연시키기 위해 이마의 표정 근육의 움직임을 막는 얼굴 신경에 주의 깊게 주입한다. 또한 사경증 치료에도 사용되며 약 12~16주 동안 완화를 제공한다.
  • '''클로스트리디움 부티리쿰(Clostridium butyricum)''' MIYAIRI 588 균주는 클로스트리디움 디피실레(Clostridium difficile)의 성장을 방해하는 것으로 보고되어 일본, 한국 및 중국에서 ''클로스트리디움 디피실레'' 예방을 위해 판매된다.
  • '''클로스트리디움 히스토리리쿰(Clostridium histolyticum)'''은 동물 조직을 분해하는 효소 콜라게나아제의 공급원으로 사용되어 왔다. 클로스트리디움 종은 조직을 뚫고 먹기 위해 콜라게나아제를 배출하여 병원균이 신체 전체로 퍼지도록 돕는다. 의료계에서는 감염된 상처의 변연 절제술과 같은 이유로 콜라게나아제를 사용한다.[1] 히알루로니다아제, 데옥시리보뉴클레아제, 레시티나아제, 백혈구 파괴소, 프로테아제, 리파아제 및 용혈소는 가스 괴저를 일으키는 일부 클로스트리디아에 의해 생성되기도 한다.[11][25]
  • 최근 상업용 닭 폐기물에서 발견된 '''클로스트리디움 융다할리(Clostridium ljungdahlii)'''는 합성 가스, 화석 연료 또는 바이오매스의 부분 연소에서 생성될 수 있는 일산화 탄소와 수소의 혼합물인 단일 탄소 공급원으로부터 에탄올을 생산할 수 있다.
  • '''클로스트리디움 부티리쿰(Clostridium butyricum)'''은 글리세롤을 1,3-프로판디올로 전환한다.[26]
  • ''클로스트리디움 써모셀룸(Clostridium thermocellum)''의 유전자는 형질전환 생쥐에 삽입되어 엔도글루카나아제의 생산을 허용했다. 이 실험은 단위위 동물의 소화 능력을 개선하는 방법에 대해 더 많이 배우기 위한 것이었다.
  • 비병원성 ''클로스트리디움'' 균주는 암과 같은 질병 치료에 도움이 될 수 있다. 연구에 따르면 ''클로스트리디움''은 암세포를 선택적으로 표적으로 할 수 있다. 일부 균주는 고형 종양 내로 들어가 증식할 수 있다. 따라서 ''클로스트리디움''을 사용하여 치료 단백질을 종양에 전달할 수 있다. 이러한 ''클로스트리디움''의 사용은 다양한 전임상 모델에서 입증되었다.
  • '''클로스트리디움 베이제린키(Clostridium beijerinckii)''', '''클로스트리디움 부티리쿰(Clostridium butyricum)'''과 다른 속의 종과 같은 ''클로스트리디움'' 종의 혼합물은 효모 폐기물로부터 바이오수소를 생산하는 것으로 나타났다.

참조

[1] 서적 Encyclopedia of Microbiology Facts on File
[2] 논문 Novel therapies and preventative strategies for primary and recurrent Clostridium difficile infections 2019
[3] 서적 Bacteriology and the Public Health P. Blakiston's Son and Co.
[4] 웹사이트 LPSN - List of Prokaryotic names with Standing in Nomenclature https://lpsn.dsmz.de[...] Deutsche Sammlung von Mikroorganismen und Zellkulturen 2022-10-03
[5] 논문 The phylogeny of the genus Clostridium: proposal of five new genera and eleven new species combinations. 1994-10
[6] 논문 Proposal to restrict the genus Clostridium Prazmowski to Clostridium butyricum and related species. 2016-02
[7] 논문 Functional diversity of carbohydrate-active enzymes enabling a bacterium to ferment plant biomass 2014-11
[8] 논문 Commensal Clostridia: leading players in the maintenance of gut homeostasis 2013-08
[9] 논문 Commensal Clostridia: leading players in the maintenance of gut homeostasis
[10] 웹사이트 Taxonomy Of Clostridium Clusters XIVa And IV https://help.ezbiocl[...] 16S ribosomal RNA#EzBioCloud|EzBioCloud 2018-09-18
[11] 서적 Microbiology: An Introduction Benjamin Cummings
[12] 서적 Encyclopedia of Microbiology Facts on File
[13] 서적 Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry Wiley
[14] 서적 Williams gynecology McGraw-Hill Medical
[15] 논문 An update on the human and animal enteric pathogen Clostridium perfringens 2018-08
[16] 논문 Clostridium perfringens strains and exploratory caecal microbiome investigation reveals key factors linked to poultry necrotic enteritis 2019-10
[17] 서적 Poisoning and Toxicology Handbook Informa
[18] 서적 Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry Wiley
[19] 서적 Lippincott's Illustrated Reviews: Pharmacology Lippincott
[20] 서적 Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry Wiley
[21] 서적 Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry Wiley
[22] 서적 Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry Wiley
[23] 서적 Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry Wiley
[24] 서적 Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry Wiley
[25] 서적 Current Diagnosis & Treatment: Surgery McGraw-Hill
[26] 논문 High production of 1,3-propanediol from gycerol by clostridium butyricum VPI 3266 in a simply controlled fed-batch system https://www.academia[...] 1994-08
[27] 논문 The cellulosome--a treasure-trove for biotechnology
[28] 서적 Encyclopedia of Microbiology Facts on File
[29] 논문 Novel therapies and preventative strategies for primary and recurrent Clostridium difficile infections 2019


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