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01:31현미경이요.
01:32그러나 현미경으로도 쉽게 관찰이 되지 않습니다.
01:36그래서 연구자들은 염색을 해서 세균을 관찰합니다.
01:40세균 연구에서 가장 기본적인 염색 방법은 바로 그람 염색이라고 하는 방법입니다.
01:48이 그람 염색이라고 하는 것은 대학의 세균학 실습 시간에 맨 처음 배우는 것이기도 하고 또 고등학교에서도 쉽게 할 수 있는 방법입니다.
01:59그람 염색은 세균의 종류에 따라서 서로 다른 색으로 염색이 됩니다.
02:04이렇게 서로 다른 색깔로 염색이 되는 이유는 세포벽의 구조가 다르기 때문인데요.
02:11세균은 동물세포와는 달리 세포벽을 갖죠.
02:14세균도 이 세포벽의 구조가 크게 두 가지로 구분이 됩니다.
02:19한 종류는 세포벽에 펩티도글리칸층이라고 하는 게 있어서 그게 전체 세포벽에 50 내지 90% 정도 달할 정도로 두꺼운 데 반해서
02:31다른 종류는 그게 얇아요. 펩티도글리칸층이.
02:35그리고 지지를 포함하는 외막이 세포질 주변 공간에 의해서 세포벽과 분리되어 있습니다.
02:42이렇게 해서 세포벽 내에 펩티도글리칸층이 두꺼운 세균이 그람 양성균 그리고 얇은 세균은 그람 음성균이라고 불립니다.
02:54그람 염색법을 하는 방법을 간단하게 설명하면
02:57맨 처음 크리스탈 바이올렛이라고 하는 보라색의 염색약을 처리합니다.
03:04이 크리스탈 바이올렛 양이온이 세포벽에서 음전화를 띠는 성분과 상호작용하면서 보라색으로 염색이 되죠.
03:13그리고 그 다음에 처리하는 아이오딘 이온이 크리스탈 바이올렛 양이온과 작용을 해서 세포벽에서 커다란 복합체를 형성하게 됩니다.
03:23알코올과 같은 탈색제를 처리하면 말씀드렸던 대로 그람 음성균 즉 펩티도글리칸층이 얇은 세균에서는
03:32이 크리스탈 바이올렛 아이오딘 복합체가 씻겨져 나가는 데 반해서 그람 양성균은 두꺼운 펩티도글리칸층에 갇혀서 남아있게 되죠.
03:43그 다음에 마지막에 대비염색으로 사프라닌을 처리하면 그람 양성균은 그대로 보라색을 띠는 반면에 그람 음성균은 붉은색으로 염색이 돼서 그람 양성균과 그람 음성균이 눈으로 구분이 되는 것입니다.
04:00이렇게 해서 색깔로 두 종류의 세균을 구분할 수가 있는 것이죠.
04:05근데 왜 이게 중요할까요?
04:07물론 1차적으로 세균 관찰하는 데 염색하는 게 필요하기 때문에 중요하죠.
04:14그런데 다른 실질적인 이유도 있습니다.
04:18대표적인 게 바로 감염이 되었을 때 1차적인 항생제 선택의 결정적인 기준이 되기 때문입니다.
04:26이를테면 페니실린과 같은 경우에는 그람 양성균은 죽이지만 그람 음성균은 거의 효과가 없습니다.
04:34페니실린이라고 하는 항생제는 스포벽에 펩티도글리칸층을 제대로 형성하지 못하도록 하게 함으로써 효과를 발휘하는 항생제인데
04:44그람 음성균에는 별로 효과가 없어요.
04:47왜? 워낙에 원래 펩티도글리칸층이 얇기 때문에
04:50그러나 이 그람 양성균에는 펩티도글리칸층이 제대로 형성이 되지 못하면 세균이 생장을 못하겠죠.
04:59그래서 페니실린이 효과를 갖는 겁니다.
05:02그러니까 이 그람 양성균이냐 그람 음성균이냐 하는 구분 자체로도 어떤 항생제를 선택할 수 있고 선택하면 안 된다고 하는 기준이 된다는 얘기죠.
05:15그만큼 이 그람 염색법은 세균을 분류하는 데 가장 1차적으로 해야 되는 방법이 된 것입니다.
05:24나중에는 이 그람 양성균과 그람 음성균이라고 하는 분류가 진화적인 근거를 가진 것으로 밝혀졌죠.
05:31계통 분류 연구를 해본 결과 그람 양성균들은 또 하나의 분류 체계로 진화해왔고
05:38그람 음성균도 서로 다른 길로 진화해와서 이것이 세포벽의 구조가 다르기 때문에
05:45그런 차이를 보이게 되었다.
05:47즉 진화적으로도 뚜렷한 차이를 가진 것이다.
05:51서로 다른 길을 걸어왔다는 것이 밝혀졌다는 의미입니다.
05:55그래서 널리 쓰이는 특징 그리고 분류 방법으로 인정받고 있습니다.
06:01이 그람 염색법을 개발한 사람은 덴마크 출신의 한스 크리스티안 그람이라고 하는 분입니다.
06:08즉 개발한 사람의 이름을 따서 지어진 명칭이라는 얘기죠.
06:12그는 1884년 단 5쪽짜리의 소박한 논문을 쓰면서 이 방법을 소개했습니다.
06:22그는 독일의 칼 프리들랜더라고 하는 미생물학자의 세균 연구를 도우면서
06:28이 염색법을 개발했는데
06:30칼 프리들랜더는 폐렴의 원인균 중에 하나인 폐렴 간균을
06:35폐렴 구균과 구분하고 싶었는데 그람이 도와준 것이었습니다.
06:40그리고 이 논문은 1883년 아까 말씀드렸던 방법을 소개한 논문보다
06:471년 먼저 발표되면서 사실은 이 방법이 더 먼저 발표되었던 거죠.
06:53애초에 그람이 논문에서 소개한 것과 현재 사용되는 방법은 조금 다릅니다.
06:59그람은 크리스탈 바이올렛 대신에 아닐린젠트 바이올렛을 썼고
07:04또 마지막에 사용하는 대비염색도 하지 않았죠.
07:08즉 사프라닌과 같은 대비염색은 그람이 논문 발표하고
07:12몇 년 후에 프랑크프루트에 있는 연구소에
07:16칼 바이올렛이라고 하는 병리학자가 처음 도입했고
07:20이러므로서 더 분명하게 세균을 구분해서 확인할 수가 있게 되었습니다.
07:26사실 그람은 이 방법을 통해서 세균을 분류한다거나
07:29구분한다거나 하지도 않았고
07:31또 그람 양성균, 그람 음성균이라는 얘기도 하지 않았습니다.
07:36물론 어떻게 해서 그런 결과가 나오는지도 몰랐죠.
07:41그람은 그 이후에 세균학 연구는 사실 거의 하지 않았습니다.
07:44적혈구에 관심을 많이 갖고 그에 대한 연구를 많이 했죠.
07:48하지만 이 그람이라는 이름은
07:51그가 이 방법을 발표한 이후 150년 이상 지난 지금도
07:55세균학에서 가장 기초적인 방법으로 꼽히는
07:59그 이름의 명칭에 남아 있습니다.
08:02이 방법은 많은 사람들이 쓰고 또 필수적인 방법이 되었습니다.
08:16다음은 세균이라고 해서 다 같은 세균은 아니라는 발견에 대해서
08:20얘기를 드리도록 하겠습니다.
08:221969년에 로버트 휘테커라고 하는 분류학자는
08:27생명체를 5개 체제로 분류할 수 있다고 제안을 합니다.
08:33이 5개는 동물계, 식물계, 균계, 그리고 원생생물계,
08:40그리고 마지막으로 세균계로 나뉩니다.
08:43세균은 하나의 계로 분리가 됐죠.
08:46물론 그 이후에도 조금 혼란스러운 상황도 벌어졌습니다.
08:50아까 말씀드렸던 그람 양성균, 그람 음성균이라고 하는 분류는
08:54린네의 분류체계, 종속, 과목, 강문계라고 하는
08:58그런 것과는 조금 별개의 분류 방법이라고 할 수 있었던 것이고요.
09:04세균에 대한 분류체계는 혼란스러웠지만
09:07누구도 의심하지 않았던 게 하나 있습니다.
09:10그건 바로 세균은 분명하게 하나의 분류군이라고 하는 사실이었어요.
09:16그러나 이러한 굳건한 믿음이 무너진 것은
09:20생물학을 제대로 공부도 하지 않았던 한 연구자의 의사였습니다.
09:25이 사진은 1977년 11월 3일의 뉴욕타임즈 1면의 사진입니다.
09:33한 40대 중반에 한 과학자가 운동화를 신고
09:37또 책상에 발을 올려놓고 무엇인가를 설명하고 있습니다.
09:41기사의 제목을 보면 과학자들이 고등생물보다 앞선 생명체 형태를 발견하다
09:49이렇게 되어 있습니다.
09:51이 사람은 누구냐면 일리노이 대학의 교수였던 칼우주입니다.
09:57칼우주는 사실은 생물학에 별로 관심이 없던 학생이었답니다.
10:02대학 시절에 들은 생물학 과목은 생화학 하나뿐이었다고 하고요.
10:06그가 생물 물리학 박사학위를 받은 후에 의학을 공부하기도 했지만
10:12며칠 만에 관두고 연구자로 돌아왔고
10:15세균의 핵산 대사와 포자의 불활성화 연구 등을 거치면서
10:20일리노이 대학에 임용이 되었고
10:22그 이후로 이 연구를 시작하게 됩니다.
10:26칼우주는 그해 미국 국립과학원 회보
10:30흔히 PNAS라고 하는 저널에 10월, 11월에 연달아 논문을 발표했는데
10:36그건 단 한 3쪽에 불과한 아주 짧은 논문이었습니다.
10:41이 짧은 논문이 생명의 체계를 뒤흔들게 됩니다.
10:45그런데 이 인터뷰를 읽어보면 칼우주는 이렇게 말합니다.
10:50이 연구에 실질적인 가치는 거의 없을 것이라고.
10:55우주 이전까지만 해도 지구상의 생명체는 크게 두 가지로 나눴습니다.
10:59진핵생물과 원핵생물
11:01진핵생물은 세포 내에 핵이나 세포 소기관 같은
11:07그러한 구조들을 갖고 있는 생명체고요.
11:10사람이나 식물 이런 것들을 포함하죠.
11:14균류도 마찬가지고요.
11:16원핵생물은 세포 내에 핵구조가 없습니다.
11:21세균이 바로 원핵생물이고
11:23일부의 원생생물이 이 원핵생물에 들어갑니다.
11:26그런데 우주는 이 세균이 한 가지 종류가 아니라는 것을 이 논문을 통해서 밝힙니다.
11:36그가 새로운 종류의 세균이 존재한다는 것을 밝힌 방법은
11:40기존에 많이 사용하던 형태를 보거나 혹은 생화학적, 생리적 특성을 연구해서 한 것이 아니라
11:47리보솜 RNA의 염기 서열을 분석함으로써 그것을 밝혀냈죠.
11:53그는 프레데릭 생어가 염기 서열 분석 방법을 개발한 것을 보고
11:58이 연구에 적극적으로 도입을 해서
12:01염기 서열을 분석함으로써 생명의 체계를 새로 세우게 되었던 겁니다.
12:06그는 리보솜 RNA가 모든 생명체에 존재하면서
12:11시간이 지나면 염기 서열이 변하지만
12:14그렇게 많이 변하지도 않기 때문에
12:17생명체 사이의 유형관계를 밝히기에
12:20적당한 속도로 변하는 분자라고 생각을 해서
12:24이 리보솜 RNA의 염기 서열을 분석했던 겁니다.
12:27그는 13개 생명체에서 리보솜 RNA의 염기 서열을 결정했는데
12:34당시에는 한 종에서 이 염기 서열을 결정하는 것만 해도
12:39정말 어려운 일이었고
12:41이 13개의 생명체에서 염기 서열을 결정하는 것은
12:45매우 오래 걸렸고 힘든 일이었죠.
12:48그런데 이 연구 결과를 보면
12:50동물과 식물 균류, 즉 진액 생물은
12:54하나의 분명한 그룹을 형성했습니다.
12:56우리 생각과 같았죠.
12:59그런데 놀랍게도 세균은 두 가지 그룹으로 나뉘었던 겁니다.
13:04하나는 우리가 아는 보통의 세균들
13:06나중에 진정 세균이라고 이름 붙여진 것들이었고요.
13:11제3의 그룹이 나타났는데
13:13그건 바로 메테인을 만들거나
13:16혹은 극한 상황에서 살아가는 세균들이었습니다.
13:20보통의 세균들과는 전혀 다른 그룹을 형성하고 있던 겁니다.
13:24우주는 이 세균들이 생명체의 역사에서
13:29오래된 특성을 가지고 있다고 여겨서
13:32이름을 아케박테리아, 지금은 아케아라고 하는데요.
13:36우리말로는 고세균 혹은 고균이라고 불립니다.
13:40칼 우주는 새로운 분류체계를 제안합니다.
13:43개보다 더 상위의 분류체계, 도메인, 우리말로는 역이라고 하는 분류체계를 제안을 해서
13:50진액생물력, 진정세균력, 고세균력 이 세 개의 커다란 분류체계로
13:57생명들이 나뉜다고 주장을 했습니다.
14:01이뿐만 아니라 또 하나의 충격적인 발견이 있었는데요.
14:05그거는 이 고세균력이 세균과 비슷하게 생기고
14:10그리고 거의 많은 특성들이 비슷하지만
14:13진정세균력보다 진액생물력의 유형관계가 더 가깝다는 사실이었습니다.
14:19칼 우즈가 처음 이 3역체계를 제안했을 때는
14:24격렬한 반대에 부딪혔습니다.
14:26분류학자를 비롯한 생물학자 많은 사람들이 이를 반대했죠.
14:32위대한 진화학자라고 불리는 에른스톤 아이어도
14:34이에 대해서 굉장히 비판적이었습니다.
14:37칼 우즈는 생물학자로 교육도 받지 않았고
14:51그는 분류의 원리도 모르는 사람이라고
14:54그렇게 말을 하기까지 했습니다.
14:57하지만 이 책에는 이제는 거의 받아들여지고 있습니다.
15:01거의 모든 대학 교재는 물론이고
15:03고등학교 생명과 교과서에도 그대로 실릴 만큼
15:08받아들여지고 있는 보편적인 분류 체계가 되었습니다.
15:13칼 우즈는 아까 말씀드렸던 대로
15:15자신의 연구가 실질적인 가치가 없을 것이라고 했죠.
15:19하지만 그가 세균을 분류하는 데 쓴
15:23리보솜 아련의 염기 서열은 현재 생명의 분류에도
15:27보편적으로 쓰일 뿐만 아니라
15:29나아가서 마이크로바이옴과 같은 현대의 아주
15:34발달된 그런 방법에도 쓰이면서
15:38막강한 영향력도 실질적인 가치도 지니게 되었습니다.
15:43그런 실질적인 유용성뿐만 아니라
15:45지구상의 생명체가 어떻게 구성되어 있는지를 밝힌 것은
15:49정말 대단한 일이었다고 저는 생각합니다.
15:53그것 자체가 매우 중요한 연구였다는 거죠.
15:55칼 우즈가 돌아가셨을 때 많은 연구자들, 학자들은
16:02그에게 명예 노벨상을 이미 수여했다고 얘기를 했습니다.
16:07오늘은 세균의 분류와 다양성에 대해서
16:11여러분들과 이야기를 나눴습니다.
16:14다음 시간에 또 뵙겠습니다. 감사합니다.
16:15감사합니다.