신한카드 2,3개월 (5만원↑)7,8,9,10,11,12,13,14,15,16,17,18,19,20,21,22개월 (100만원↑, SK pay 결제 시) KB국민카드 2,3개월 (5만원↑)8,9,10,11,12,13,14,15,16,17,18,19,20,21,22개월 (100만원↑, SK pay 결제 시) 비씨카드 2,3개월 (5만원↑)우리카드 2,3개월 (5만원↑)현대카드 8,9,10,11,12,13,14,15,16,17,18,19개월 (100만원↑, SK pay 결제 시) 삼성카드 2,3개월 (5만원↑)7,8,9,10,11,12,13,14,15,16,17,18,19,20,21,22개월 (100만원↑, SK pay 결제 시) 하나카드 2,3,4,5,6,7,8개월 (5만원↑)롯데카드 6,7,8,9,10,11,12,13,14,15,16,17,18,19,20,21,22개월 (100만원↑, SK pay 결제 시)농협[NH페이]카드 2,3,4,5,6,7,8개월 (5만원↑)12개월 (100만원↑, SK pay 결제 시) SC은행리워드카드 2,3개월 (5만원↑)지난 시간에 우리는 ‘용액 만들기’라는 주제로, 생명과학 실험에서 꼭 필요한 다양한 용액을 만드는 방법에 대해 알아봤습니다. 생명과학 실험에서는 다양한 세포를 활용하는데, 그러기 위해서는 세포를 잘 키우는 것이 필요합니다. 이번 시간과 다음 시간에는 ‘세포 키우기’라는 주제로 다양한 세포를 키우고 관리하는 방법에 대해 알아보도록 하겠습니다. 우선 이번 시간에는 세균을 키우는 원리에 대해 알아보고, 다음 시간에는 세균을 키우는 구체적인 방법에 대해 알아보겠습니다. 세균을 키우는 원리와 방법을 알아본 다음에는 포유류 세포를 키우는 원리와 방법에 대해 알아보겠습니다. 세균은 왜 키울까요? 세균은 포유류 세포 등 다른 세포를 키울 때에 비해서 여러 장점을 가지고 있습니다. 우선 세균은 빠르게 분열하기 때문에 대량으로 배양하기 용이합니다. 또한 세균은 반수체(haploid)이고, 플라스미드(plasmid) 등을 이용하여 형질전환하기도 쉽습니다. 그리고 세균을 키울 때 사용하는 배지는 통상적으로 포유류 세포 등 다른 세포를 키울 때 사용하는 배지보다 저렴합니다. 그렇기 때문에 세균은 유전공학적으로 형질전환하고, 대량의 단백질을 생산할 때 매우 유용하게 이용됩니다. 물론 항생제 내성 연구, 세균 및 그 부산물로 인한 염증 반응 연구 등 세균 자체를 연구에 이용할 때도 당연히 세균을 키우는 것은 꼭 필요합니다. 세균을 분류할 때 많이 사용되는 기준으로 우선 그람 염색법(Gram staining)이 있습니다(그림 1). 그람 염색법은 덴마크의 세균학자 한스 그람(Hans Christian Gram, 1853-1938)이 최초로 개발한
기술로서, 세균에 따라 세포벽/세포막의 구조가 다른 것을 이용합니다1). 그람 음성 세균(Gram-negative bacteria)의 경우 세포벽이 얇고, 세포벽 안팎으로 내막(inner membrane)과 외막(outer membrane)이 존재하며, 그람 양성 세균(Gram-positive bacteria)의 경우 세포벽이 두껍고, 세포벽 안쪽에 세포막(cytoplasmic membrane)이 존재하고 외막은 존재하지 않습니다. 그람 염색법은 세균을 슬라이드 글라스에 도말한 뒤 가열하여 고정시키는 것으로 시작합니다. 그다음 크리스탈 바이올렛(crystal violet)을 이용하여 1차 염색을 하고, 아이오딘(iodine)을 추가하여 크리스탈 바이올렛을 세포벽에 남아 있게 하고, 에탄올이나 아세톤을 이용하여 탈색합니다. 마지막으로 사프라닌(safranin)을 이용하여 2차 염색을 합니다. 그람 염색법으로 염색을 하면 그람 음성 세균은 세포벽이 얇아 크리스탈
바이올렛을 가지고 있지 못해서 분홍색(사프라닌의 색깔)을 띄게 되고, 그람 양성 세균은 세포벽이 두꺼워 크리스탈 바이올렛이 침착되어 보라색(크리스탈 바이올렛의 색깔)을 띄게 됩니다. 그람 염색법은 세균의 구조 차이를 기반으로 세균을 분류할 수 있게 해주기 때문에, 세균을 동정하는데 있어 매우 유용합니다. 그림 1. 그람 염색법. 그람 염색법은 세균에 따라 세포벽/세포막의 구조가 다른 것을 이용한 염색법으로, 세포벽이 얇은 그람 음성 박테리아의 경우 분홍색(사프라닌의 색깔), 세포벽이 두꺼운 그람 양성 박테리아의 경우 보라색(크리스탈 바이올렛의 색깔)을 띄게 됩니다.
그림 2. 산소 선호도에 따른 세균 분류. 시험관에 배지를 넣고 산소 선호도가 다른 세균들을 배양해보면 산소 선호도에 따라 시험관의 다른 위치에 분포합니다: 1) 완전 호기성 세균: 시험관 가장 윗부분에 집중(산소 농도 높음); 2) 완전 혐기성 세균: 시험관 가장 아랫부분에 집중(산소 농도 낮음); 3) 조건부 혐기성 세균: 시험관 전체적으로 분포하나 시험관 가장 윗부분에 좀 더 많음; 4) 미세 호기성 세균: 시험관 윗부분에 모이지만 가장 윗부분에는 적음; 5) 산소 내성 세균: 시험관 전체적으로 분포함.
표 1. 생물체 위험군. 생물체 위험군은 생물 안전 등급에 따라 생물체를 분류한 것으로 위험도에 따라 제1위험군~제4위험군으로 나뉘며, 각 위험군을 취급할 때는 생물 안전 등급 1등급~4등급의 설치/운영 기준을 준수해야 합니다.
세균을 배양할 때는 여러 가지 요소들을 고려해야 합니다(그림 3). 우선 배지를 고려해야 합니다. 세균을 배양할 때 사용하는 배지는 액체 배지와 고체 배지가 있으며, 대량으로 배양할 때는 주로 액체 배지를 사용하고, 개별 콜로니를 확인하거나 숫자를 셀 필요가 있을 때는 한천(agar)를 넣어 만든 고체 배지를 사용합니다. 또한 세균을 배양할 때는 해당 세균이 필요로 하는 영양 – 탄소/수소/산소/질소/인/황 공급원, 염 등- 을 충분히 공급해줄 수 있어야 합니다. 대장균을 배양할 때 많이 사용되는 배지가 lysogeny broth(LB)입니다주3). LB는 트립톤(tryptone, 카제인(casein) 단백질을 트립신(trypsin)으로 분해하여 만든 펩타이드 혼합물), 염화나트륨(sodium chloride), 효모 추출물(yeast extracts)로 구성되어 있어 대장균을 배양할 때 필요한 영양을 충분히 공급해 줄 수 있습니다. LB 외에도 super optimal broth(SOB), SOB with catabolite repression(SOC), trypticase soy broth(TSB), brain heart infusion(BHI) 등의 다양한 배지가 사용됩니다. 앞서 언급한 배지들은 모두 화학 성분이 명확히 규정되지 않은 배지(chemically undefined medium)이며, 이와 달리 화학 성분이 명확히 규정된 배지(chemically defined medium; M9 minimal medium 등)를 사용하는 경우도 있습니다. 그리고 오염 방지를 위해 배지를 만들 때는 3차 정제수를 포함하여 배지를 구성하는 성분을 멸균해야 하는데, 대체로 멸균처리기(autoclave)를 이용하여 121oC, 15 psi, 15분간 멸균합니다. 멸균처리기를 사용할 수 없는 성분(주로 sugar 종류, 항생제 등)을 멸균할 때는 청정실험대(clean bench)에서 해당 성분을 녹인 용액을 필터(주로 0.22 μm pore-sized filter)한 다음 멸균처리기로 멸균하고 충분히 식힌 다른 구성 성분과 혼합하여 사용합니다. 액체 배지의 경우 배양에 사용할 플라스크이나 시험관 등에 넣어서 멸균하여 사용하고, 고체 배지의 경우 플라스크에 넣어서 멸균한 다음, 굳기 전에 청정실험대에서 페트리 접시(petri dish) 등에 적당량을 부은 뒤 굳혀서 사용합니다. 또한 공기 중에 존재하는 다른 세균, 곰팡이 등과 혼합되지 않도록 배지에 세균을 접종할 때는 청정실험대에서 작업해야 합니다. 한편 세균들은 선호하는 온도가 다르기 때문에 최적화된 온도에서 배양해야 빠르게 배양할 수 있는데, 대장균의 경우 37oC에서 가장 빠르게 성장합니다. 그리고 산소 선호도도 세균을 배양할 때 고려해야 할 대상입니다. 한편 세균마다 산소 선호도도 다르기 때문에 이에 따라 산소 공급 여부를 결정하여 배양해야 합니다. 대장균의 경우, 조건부 혐기성 세균이므로 산소의 공급 여부와 관계없이 배양은 할 수 있지만, 산소를 충분히 공급해 주면 더 빨리 배양할 수 있게 됩니다. 산소를 충분히 공급하기 위한 방법으로, 플라스크나 시험관에 배지를 넣을 때는 플라스크나 시험관 전체 용량보다 훨씬 적은 양의 배지를 넣고(통상 용량의 1/5 이하), 진탕 배양기(shaking incubator)를 이용하여 충분히 흔들어 주도록 합니다. 그리고 대량으로 배양할 경우 발효기(fermenter)를 이용하기도 하는데, 이 경우 발효기에 장착된 프로펠러를 돌리면서 산소를 충분하게 공급합니다. 그림 3. 세균을 배양할 때 고려할 요소들. 배양하고자 하는 세균의 특성을 파악하여 배지, 오염 방지, 온도, 산소를 고려하여 배양하도록 해야 합니다.
주1) 제4위험군에 속하는 생물체로는 에볼라바이러스 등이 있습니다. *참고
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