대장균

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대장균[1] 大腸菌 \| Escherichia

학명	*Escherichia* Castellani & Chalmers 1919
분류
<colbgcolor=#ff8c8c><colcolor=#000> 역	세균역 (Bacteria)
미분류	그람 음성균(Firmicutes)
문	프로테오박테리아문(Proteobacteria)
강	감마프로테오박테리아강(Gammaproteobacteria)
목	장내세균목(Enterobacteriales)
과	장내세균과(Enterobacteriaceae)
속	대장균속(Escherichia)
종
에셔리키아 콜라이 (E.coli)^모식종 에셔리키아 알베르티 (E. albertii) 에셔리키아 퍼구소나이 (E. fergusonii) 에셔리키아 헤르만나이 (E. hermannii) 에셔리키아 불너리스 (E. vulneris)

1. 개요2. 상세3. 특징

3.1. 분자생물학적 특징3.2. 환경 위생학적 특징

3.2.1. 의생명학적 특징

4. 분류5. 기타6. 관련 문서7. 참고 자료

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1. 개요

대장에 분포하는 세균 속 가운데 하나. 보통 모식종인 콜라이종, 줄여서 E. coli(이콜라이)라고 부르는 게 보편적이다.

2. 상세

그람 음성 간균으로 미생물학에서의 모델 생물로서 유전자 조작이 간편하고 성장속도가 굉장히 빨라 분자생물학에서 주로 쓰이며[2] 일반적으로 체온에서 최적 생장한다.[3]

장내세균총을 구성하는 주요 세균 중 하나이며 비타민K 등을 합성하는 종도 있다. 대장균은 통성 혐기성 세균이며, 따라서 편성 혐기성 세균과 다르게 산소의 유무와 관계없이 생장하기에 자연계에 널리 분포한다. 일반적으로 온혈동물의 창자에서 쉽게 발견할 수 있다. 대장균 양은 환경위생관리에 대한 척도로 활용되기도 한다.

이 균을 직접 먹을 경우 보통 건강한 사람에겐 해가 없으나, 면역력이 저하된 환자의 경우 대장균의 종류에 따라서 질환을 일으킬 수 있다. 여행지에서 일으킬 수 있는 설사에도 어느 정도는 영향이 있다.

대장균은 산소가 충분한 환경에서 배양될 경우 그렇게 지독한 냄새는 나지 않으나, 산소가 불충분한 환경에서는 상당히 불쾌한 냄새가 난다.

3. 특징

대장균은 사람이나 동물의 장관에 상재하는 세균으로 장내세균과에 속하는 0.4~0.7x1~30㎛ 크기의 그람음성 간균이며 대부분 주모성 편모가 있어서 운동성이 있으나, 편모가 없고 비운동성인 것도 있다.

3.1. 분자생물학적 특징

초월적인 번식속도를 자랑한다. 일단 생존 능력부터가 뛰어난데, 많은 종류의 유기물을 에너지원으로 사용 가능하고[4] 산소나 온도의 변화에도 강해 다양한 환경에서 서식 가능하다. 최적의 환경이 갖춰질 시 실험실에서 주로 쓰는 K-12 MG1655계열의 대장균의 경우 약 20 분에 1번 세포 분열을 하며(!)[5][6], 이 특성과 함께 실험적으로 상당히 쉽게 배양되는 편이라서 생물학 실험에서 잘 쓰인다. 심지어 이거 가지고 진화 실험도 한다. 어떤 과학자 집단들의 공동연구에선 수십 년간 대장균을 3만 세대가량 계대배양시켜서 유산소 상태에서의 시트르산 흡수 대사를 구성했으며, 이는 진화의 증거로도 활용되고 있다. 베리타시움 진화 실험 다만 이는 연구에 사용된 12개 개체군에서 모두 나타난 현상은 아니며 하나의 개체군에서 일어난 현상이다. 해당 개체군에서 재현은 가능하다.[7] 아울러 6만 6천 세대가 지난 현재 유전자의 변이정도와 적응의 정도가 일치하지 않는 결과가 나오고 있어 진화의 과정에 대해 문제를 제기하고 있다. 관련사항은 영문위키참조. 포도당, 젖당, 만니톨, 설탕, 살리실을 분해하면서 잘 큰다. 두 특성이 맞물려서 미생물학 실험실의 기본 실험재료라든가, 또는 DNA 재조합 기술로 마개조를 당해서[8][9] 다양한 물질들을 만들어내는 공장으로 사용된다.[10] 애초에 최초로 유전공학을 상업적으로 성공시킨 사례가 인슐린 생산 촉진 유전자를 대장균에 집어넣어 인슐린을 대량으로 만들어내서 당뇨병 환자들을 치료시킨 사례이다. 이전에는 돼지 또는 소에게서 추출해서 가격이 비싸고 생산량이 적었다.

3.2. 환경 위생학적 특징

마시는 물을 기준으로 일반세균은 기준치 이하로만 존재하면 음용가능한데 대장균은 아예 검출되지 않을 것이 기준이다. 여름만 되면 뉴스에서 대장균이 검출되었다고 난리치는 경우가 많은데, 딱히 대장균 자체가 위험해서 그런 것이 아니다.[11]

그럼에도 대장균 수치에 주목하는 이유는 쉽게 말해서, 식수에서 대장균이 발견된다면 해당 식수가 사람에게 해로울 수 있는 다른 미생물들에 마찬가지로 오염되었을 가능성이 높기 때문이다. 대장균은 대표적인 위생지표균으로, 대장균은 자연 환경에 널리 존재하기에 대장균이 검출된 식품은 제조·가공 시 주변 환경에 의해 오염되었다고 판단된다. 따라서 식수에서 대장균이 발견되었다는 것은 그 물이 오염원(분변, 생물의 사체, 사람의 비위생적인 피부 등)에 노출되어 유기물을 포함하고 있다는 뜻이다. 즉, 다른 병원성 미생물들도 있을 만한 환경이라는 이야기가 된다.

따라서, 약수터 같은 식수에서 대장균이 검출되었다는 것은 이 식수의 수원이 사람 또는 동물의 대변에 오염되었을 확률이 매우 높다는 것을 알려주는 지표가 된다.[12] 식수의 분변 오염에 민감하게 반응해야 하는 이유는 장티푸스나 콜레라 같이 위험한 수인성 전염병이 대부분 분변으로 오염된 식수를 섭취함으로써 전염되기 때문이다. 쉽게 말하면, 대장균이 검출된다는 것은 대변이 섞여있거나, 사람이 거기다 손을 씻었거나 들어갔다 나왔다든지, 심하면 사체가 빠져서 부식 중이라든지 각종 생물학적 오염원과 접촉해 오염되었다는 증거이므로 다른 유해균도 있을 확률이 매우 높다는 지표로 볼 수 있다.[13]

보통 환경위생관리상 척도로서는 대장균군 검사, 분변오염 검사로는 대장균 검사를 이용한다.

3.2.1. 의생명학적 특징

균 자체는 얌전히 대장 내부에만 있는 한 우리 몸에 없어서는 안 되는 균으로, 되려 독성을 가진 다른 균들이 대장에서 번식하는 것을 막아준다. 때문에 독한 항생제 등을 사용해서 장의 대장균까지 죽여버리면, 디피실리균과 같이 항생제 내성을 가진 다른 균들이 번식(교대감염)해서 장염 [14]등의 소화계 질병으로 고생할 수도 있다. 이는 장내세균총(intestinal bacterial flora)과 관련이 있다. 세균들은 일정한 장소에서 서로 평형을 이루며 공존하고 있기 때문에 세균총이 유지되는 장소에 새로운 세균(이 경우에는 대장에 유입된 유해 세균)이 유입되어도 잘 자라지 못한다. 그러나 이 세균총이 무너지면 유해 세균이 자리잡을 곳이 늘어나므로 몸에 좋지 않은 것이다. 또한 동물에서는 합성되지 않는 비타민K를 합성해서 우리 몸에 공급해주는 역할도 한다.

또한 항생제 복용 시에 대장의 대장균들이 대부분 사멸하는데, 문제는 이놈들이 죽으면 위에 말했듯이 다른 세균들이 들어차게 되고 몸의 면역체계는 그 세균들이 번식하여 장을 덮는 것을 막기 위하여 폭풍설사를 일으켜 씻어낸다. 항생제 복용 시 (특히 amoxicillin + clavulanate 계열) 가장 흔한 부작용으로 설사를 하는 이유도 다 공생이 깨져서 그렇다.

4. 분류

실제적으로 실험실에서 사용하는 대장균은 대장균 중에서도 Group A에 속하는 K-12 계열, B 계열이다.[15] 실험실에서 주로 사용하는 대장균은 아래와 같다. 더 자세한 사항은 여기를 참조.

Group A, K12 strain
MG1655: 가장 연구가 많이 된 3종의 대장균 중 하나. 번식속도가 빠르고 유전자도 다 알려져서 실험실에서 주로 쓰인다.
W3110: 가장 연구가 많이 된 3종의 대장균 중 하나. 이쪽 계열이 다 마찬가지지만 MG1655와 같이 미생물 공장으로서도 활용된다.
DB3.1: DNA를 붙일 때 사용하는 빈 벡터(즉 ccd 외에 다른 DNA가 안 들어간 벡터)를 이 strain에다가 넣는다. 빈 벡터에는 ccd라는, 빈 벡터가 들어갔을 때 균이 살지 못하는 유전자가 들어가 있는데[16] 이 strain은 ccd가 들어가 있어도 살 수 있다. 항생제 내성은 스트렙토마이신(straptomycin)에 내성이 있다.
DH1: 주로 사용되는 DH5alpha의 부모격이기도 한 균주, DH5alpha의 경우 거의 비슷한 성질이 있다. 형질전환(Bacterial Transformation)에 특화되어있으며 40~60kB의 대형 플라스미드 형질전환에 효율이 좋다. 날리딕스산(nalidixic acid)에 기본적으로 내성이 있다.

Group A, B strain
BL21(DE3): BL21은 다른 대장균과는 다르게 protease 활성을 불활성화시켜놓은 것인다. 여기에 T7 RNA polymerase를 삽입한 것이 BL21(DE3)가 된다. BL21(DE3)pLys는 hybrid promoter인 Tac promoter의 발현을 저해하는 lysozyme을 발현하여 tight control이 필요할 때 쓰인다. 기본적으로 BL21(DE3)계열 균주는 T7 폴리머라아제가 있기 때문에 T7 promoter를 가진 벡터[17]에서 단백질을 발현할 수 있다. 그 외에도 pTac, pLac, pBAD 등 다양한 프로모터를 가진 벡터를 사용한 단백질 발현이 가능하다. 일반적으로 널리 쓰이는 단백질 발현 균주이다.

Group E
O157:H7 - 가장 연구가 많이 된 3종의 대장균 중 하나. 자세한 내용은 해당 문서 참조.

5. 기타

합필갤에서는 한때 개드립성 병맛그림체 합성으로 인체해부도 그림 대장 부분에다가 그림판으로 에어장을 빽빽히 복붙해서 대 장균이라고 우긴 합성이 있었다.[18]

유사의학자인 허현회는 방송에서 대장균이 발견된 물은 살아있는 물이니 그 물을 마셔야 한다고 주장하기도 했다. ~~너나 실컷 드세요~~ 대장균이 발견된 물은 살아있는 미생물이 많은 물인 것은 맞다. 그렇기에 매우 위험한 물인 것이다. 애초에 '살아있다 = 생명이 가득하다 = 건강에 좋다'라는 도식 자체가 잘못된 것으로, 자연계에는 인류에 적대적인 생명체( 세균 등)가 매우 많다.[19] 오히려 가장 안전한 물은 어떠한 미생물과 화학성분도 검출되지 않는 순수한 물이다.

무한도전 매니저 특집에서 노홍철이 매니저가 된 박명수에게 유산균 음료를 사오라고 하자 박명수가 대장균음료를 사오겠다고 했다. 박명수가 일반 요구르트를 사자 노홍철이 급기야 "이거 말고 대장균음료 사오라고" 라는 반응을 보였다. -~~폭풍설사~~-

위기탈출 넘버원 2006년 1월 14일 25회에서 냉장고 신선실 및 야채칸의 대장균 검출을 방영했다. 대장균이 검출되었다는 것은 오염되었다는 의미이며 따라서 주기적으로 청소를 해서 균들을 없애주자.

원피스 커뮤니티에서 해군 대장 vs 사황라는 vs놀이에서 해군 대장빠를 부르는 멸칭이기도 한다.

6. 관련 문서

7. 참고 자료

http://www.ecocyc.org/ - 대장균 특히 K12 strain MG1655 에 관한 유전자를 검색해서 알려진 거의 모든 정보를 열람 할 수 있다.[20]

[1] 장내세균과(腸內細菌科) 에셔리키아속(屬)에 속하는 세균을 말하며, 넓게는 사이트로박터·클렙시엘라·엔테로박터도 대장균이라 칭하기도 한다. [2] 유전자재조합 단백질이라는 건 다 얘가 만드는 거다. 인간이 대장균의 DNA를 바꿔놓으면 바뀐 유전자대로 단백질을 만드는 것. [3] 섭씨 37도 24시간 LB 배양액, 산소가 충분히 공급된다는 전제하에 OD600 흡광도가 5~6 가까이 측정된다. OD600 흡광도 1당 CFU/ml는 생활성이 높을 때 8억가량, 세포 건조 무게 (cell dry weight)는 0.36 g/L 로 관측된다. 일반적인 발효기에서 OD600에서 흡광도가 약 20~50까지 상승하며, 일부 특수 제조된 배양액과 배양방법에 따라서는 흡광도 100 가까이 상승하는 경우도 있다. [4] 원래 세균들이 다 그렇지 않나 할 수도 있는데, 대다수 세균들의 경우 각자 특화된 에너지원이 있고 그 외의 유기물은 거의 분해하지 못한다. 예를 들어 유산균의 경우 유당과 포도당 외에는 분해하지 못한다. [5] 쉽게 예를 들면, 조건만 잘 만들어주면 대장균 1마리가 12시간이면 687억 마리 정도까지 증가한다는 뜻이다. [6] 물론 이건 이론상이고 실제로는 조금 더 걸린다. 또한 생존 곡선을 생각해 보면, 대장균이 분열할 때마다 분열 속도는 점점 더 느려진다. 사람이 10대 초중반에 급격히 성장하고, 20대에 다다를 수록 성장 속도가 급격히 줄어드는 것 처럼 대장균 역시 일정 구간을 지나면 분열 속도가 줄어들게 된다. [7] 다만 동일한 실험을 다시 한다고 해서 같은 일이 일어난다는 보장이 있는 것은 아니다. 여기에서 '재현은 가능하다'라는 말은 500세대 간격으로 냉동보관된 샘플에서 재현이 가능하다는 이야기이다. 심지어 해당 개체군에서도 특정 세대 이후의 샘플에서만 재현이 가능하다. [8] DNA 중에는 원형 DNA(플라스미드라고 불리는 것.)가 있는데, 이것을 제한효소로 가위질해서 원하는 형질의 DNA와 리가제라는 접착효소로 붙여서 대장균에 넣어서 사용한다. 넣는 방법은 세균을 저온 저염에서 약하게 만들어 전기고문하거나(Electroporation) 열 고문하는 방법이 있다.(heat shock) [9] 이렇게 합성되어 특정한 물질이 생산되는 대장균이 실험실 혹은 공장 밖으로 흘러나가는 것을 막기 위해, 기본적으로 철저히 필터링하고, 사용한 도구는 Autoclave라 부르는 고온고압 살균장치로 섭씨 121도에서 30분가량 쪄서 균을 싹 죽인다. [10] 물론 원핵생물이니만큼 한계는 있다. [11] O157:H7과 같은 예외적으로 위험한 대장균도 존재. 걸리면 피똥 싼다. [12] 국립수의과학 검역소 자료 참조 [13] 실제로 아이들이나 철없는 어른이 아파트 저수조에 들어간다던지 마을에서 식수공급을 위해 설치한 저수지에서 빨래나 수영을 하는 경우가 왕왕 있다. 이런 경우 심하면 먹는 물 사용방해죄로 처벌당할 수도 있다. [14] 장염 중에서 가막성 대장염에 걸리면 메트로니다졸 혹은 후시딘 그도 아니면 최종병기 반코마이신이 출동해야 뒷감당할 수 있다. [15] 연관된 항목에 보이는 O157의 경우 실험실에서 사용하는 대장균과는 종 분류상 가깝기는 하지만 그렇게 분류하면 이질균도 가까운 편. [16] ccd가 자살 유전자라 콜로니 자체가 뜨지를 않는다 [17] pET, pRSET 시리즈와 같은 벡터 [18] 비슷한 짤방으로 인체해부도에서 콩팥 부분에 콩간지를 붙이고 콩팥이라고 우기는 사람들도 있었다. [19] 때문에 생명체가 자라나기 매우 어려운 남극 같은 곳은 바이러스 같은 것도 버티기 어려워 오히려 병에 잘 걸리지 않는다. 그런 곳에서 살 수 있는 것은 그곳에 매우 특화되어 적응한 펭귄 같은 생물이나, 인간처럼 과학 기술로 무장한 종뿐이다. [20] EcoCyc is a scientific database for the bacterium Escherichia coli K-12 MG1655.