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차례

1장  미생물의 진화와 미생물학1

1.1 미생물 세계의 구성원들1

1.2 ‌미생물은 수십억 년 동안 진화하고 다양화되었다4

1.3 ‌미생물학은 미생물의 연구를 위한 새로운 도구가 개발되면서 발전했다11

1.4 ‌미생물학은 다수의 하위 분야를 포함하고 있다17

2장  현미경학21

2.1 렌즈는 빛을 굴절시켜 상을 창출한다21

2.2 ‌광학현미경에는 여러 가지 종류가 있다22

2.3 ‌시료 염색은 미생물을 시각화하고 확인하는 데 도움을 준다 30

2.4 ‌전자현미경은 고배율의 상을 창출하기 위해 전자빔을 사용한다33

2.5 ‌주사탐침현미경법은 분자와 원자를 볼 수 있게 한다37

3장  세균의 세포 구조40

3.1 ‘원핵생물’ 용어 사용에 대한 논란40

3.2 ‌세균은 다양하지만 몇 가지 공통점을 갖고 있다41

3.3 ‌세균의 원형질막은 세포로 들어가고 나가는 물질을 조절한다45

3.4 ‌세균의 세포벽에는 두 가지 유형이 있다50

미생물 다양성과 생태학52

3.1 그람양성, 그람음성인가 단일막, 이중막인가?52

3.5 ‌세포외피는 세포벽 바깥쪽에 있는 층들을 포함한다 58

3.6 세균의 세포질은 생각보다 복잡하다59

3.7 ‌많은 세균들이 부착과 운동에 관여하는 외부 구조를 가지고 있다 65

3.8 세균은 환경 조건에 반응한다 68

3.9 세균의 내생포자는 생존 전략이다 71

4장  고균세포의 구조76

4.1 고균은 다양하나 몇몇 공통된 특징을 갖는다76

4.2 고균의 세포외피는 구조적으로 다양하다78

4.3 고균의 세포질은 세균의 세포질과 유사하다 81

4.4 ‌많은 고균이 부착과 운동에 사용되는 외부 구조를 갖고 있다82

5장  진핵세포의 구조86

5.1 ‌진핵세포는 다양하지만 일부 공통적인 특징을 갖는다86

5.2 진핵세포의 외피88

5.3 ‌진핵세포의 세포질에는 세포골격과 세포소기관이 들어있다89

5.4 ‌일부 세포소기관은 분비와 세포내흡입에 관여한다90

5.5 ‌핵과 리보솜은 세포의 유전적 조절에 관여한다94

5.6 ‌미토콘드리아, 관련 세포소기관, 엽록체는 에너지 보존에 관여한다96

미생물 다양성과 생태학98

5.1 파리를 삼킨 할머니98

5.7 ‌많은 진핵미생물은 운동에 사용되는 외부 구조를 갖고 있다99

5.8 ‌세균, 고균 및 진핵생물의 세포 비교101

6장  바이러스와 비세포성 감염인자104

6.1 ‌바이러스는 비세포성이다104

6.2 ‌바이러스의 구조는 캡시드 대칭성과 외피의 존재 여부에 따라 구분한다105

6.3 바이러스의 생활사는 5단계이다110

6.4 바이러스 감염에는 여러 가지 유형이 있다 116

6.5 바이러스 배양과 정량법120

6.6 ‌바이로이드와 위성체: 핵산에 기반한 보조성 바이러스 감염인자122

6.7 프리온은 단백질로만 이루어져 있다123

7장  세균과 고균의 생장127

7.1 ‌대부분의 세균과 고균은 이분법을 이용하여 증식한다127

7.2 ‌세균의 세포주기는 3단계로 나누어진다 128

7.3 ‌고균의 세포주기는 독특하다 134

7.4 ‌생장곡선은 5단계로 구성되어 있다 135

7.5 ‌미생물 생장에 영향을 주는 환경요인138

7.6 ‌자연환경에서의 미생물 생장147

7.7 ‌실험실에서 미생물의 배양은 정상적인 서식 환경을 모방한 배지와 환경이 필요하다 153

7.8 ‌미생물군집의 크기는 직접적으로 또는 간접적으로 측정될 수 있다160

7.9 ‌항성분조절장치와 항탁도조절장치가 미생물의 연속배양을 위해 사용된다 163

8장  환경에 있는 미생물의 제어167

8.1 ‌미생물 생장과 복제: 미생물 제어의 표적167

8.2 ‌미생물의 사멸 패턴은 미생물의 생장 패턴을 반영한다169

8.3 ‌기계적 제거 방법은 장애물에 의존한다170

미생물 다양성과 생태학172

8.1 지구상에서 가장 깨끗한 장소?172

8.4 ‌물리적 제어 방법은 미생물을 살 수 없도록 변형시킨다172

8.5 ‌화학물질로 미생물을 제어한다175

8.6 ‌항미생물제는 반드시 효능을 평가해야 한다180

8.7 ‌생물학적 방법으로 미생물을 제어할 수 있다181

9장  항미생물 화학치료184

9.1 ‌방부효과로부터 진화된 항미생물 화학치료185

9.2 ‌항미생물 약물은 선택적 독성을 가진다186

9.3 ‌항미생물제의 활성은 특정 시험법에 의해 측정될 수 있다188

9.4 ‌항세균제190

9.5 ‌항바이러스제197

9.6 ‌항진균제199

9.7 ‌항원충제201

9.8 ‌항미생물제 내성은 공중보건에 위협이다202

10장  물질대사 소개206

10.1 ‌물질대사: 주요 원리와 개념206

10.2 ‌ATP: 세포의 주요 에너지 화폐209

10.3 ‌산화환원 반응: 물질대사에서 핵심 반응210

10.4 ‌전자전달사슬: 연속 산화환원 반응 세트212

10.5 ‌생화학 경로: 연결된 화학반응 세트215

10.6 ‌효소와 리보자임은 세포 화학반응의 속도를 높인다216

10.7 ‌물질대사는 항상성 유지를 위해 반드시 조절되어야 한다220

11장  이화작용: 에너지 방출과 보존225

11.1 ‌대사 다양성과 영양형태225

11.2 ‌화학유기영양에서의 연료공급과정은 세 가지가 있다227

11.3 산소호흡은 3단계로 나누어진다230

11.4 포도당에서 피루브산까지: 첫 번째 단계230

11.5 ‌피루브산이 CO2로 분해되는 과정(2단계)은 TCA 회로에 의해 일어난다234

11.6 ‌전자전달과 산화적 인산화(3단계)는 대부분의 ATP를 생성한다234

11.7 ‌무산소호흡은 산소호흡과 같이 3단계로 일어난다242

11.8 ‌발효는 전자전달사슬이 관여하지 않는다243

11.9 ‌포도당 이외의 다른 유기분자의 이화작용246

11.10 ‌화학무기영양: “바위를 먹다”248

11.11 ‌플라빈 기반 전자분기251

11.12 ‌광영양252

12장  동화작용: 생합성과정에서 에너지의 이용261

12.1 ‌생합성의 원리261

12.2 ‌전구대사물질: 생합성을 위한 시작 분자263

12.3 ‌CO2 고정: CO2 탄소의 환원 및 동화263

12.4 ‌탄수화물의 합성266

12.5 ‌아미노산의 합성은 많은 전구대사물질을 소모한다269

12.6 ‌퓨린, 피리미딘과 뉴클레오티드의 합성275

12.7 ‌지질 합성277

13장  세균 유전체의 복제와 발현284

13.1 ‌세균과 바이러스를 사용하여 DNA가 유전물질임을 규명한 실험284

13.2 ‌핵산과 단백질의 구조287

13.3 ‌세균의 DNA 복제290

13.4 ‌세균 유전자는 암호화부위와 유전자 기능에 중요한 다른 서열로 구성된다297

13.5 ‌세균의 전사300

13.6 ‌유전암호는 세 문자 단어(three-letter words)로 구성된다304

13.7 ‌세균의 번역307

13.8 ‌단백질 성숙과 분비314

14장  세균의 세포과정 조절321

14.1 ‌세균은 많은 조절 선택권을 사용한다321

14.2 ‌전사개시의 조절은 많은 에너지와 물질들을 절약한다322

14.3 ‌감쇠조절(전사약화조절)과 리보스위치가 전사를 너무 이르게 종결한다328

14.4 ‌리보스위치와 소형 RNA는 번역을 조절한다331

14.5 ‌포괄적 조절에 사용되는 기전332

14.6 ‌세균은 복잡한 세포과정을 조절하기 위해 여러 조절기전을 조합한다339

15장  진핵생물과 고균의 유전체 복제 및 발현349

15.1  ‌왜 진핵생물과 고균의 유전학을 함께 다루는가?350

15.2  ‌‌DNA 복제: 전체적으로 비슷하지만 다른 리플리솜 단백질350

15.3  ‌전사354

15.4  ‌번역, 단백질 성숙, 위치 지정357

15.5  ‌세포 과정의 조절362

16장  유전자 변이 기전368

16.1  ‌돌연변이: 유전체 내에서의 유전되는 변화369

16.2  ‌돌연변이체의 검출과 분리374

16.3  ‌DNA 수선은 유전체 안정성을 유지한다376

16.4  ‌미생물은 돌연변이 외 다른 기전을 이용하여 유전적 변이를 생성한다379

16.5  ‌전이요소는 DNA 분자 내 및 DNA 분자 간에 유전자를 옮긴다381

16.6  ‌세균의 접합에는 세포-세포 접촉이 필요하다383

16.7  ‌세균의 형질전환은 환경에서 DNA를 흡수하는 것이다388

16.8  ‌형질도입은 바이러스‐매개 DNA 이동이다391

16.9  ‌끊임없이 진화하는 생명체: 세균의 항생제 내성 생성393

17장  미생물 DNA 기술398

17.1  ‌DNA 클로닝 기술로 이어진 주요 발견399

기술과 적용401

17.1 겔 전기영동401

17.2 어떻게 미생물을 만드는가?405

17.2  ‌중합효소연쇄반응은 표적 DNA를 증폭시킨다406

17.3  ‌유전체 도서관: 조각으로 유전체 클로닝408

17.4  ‌숙주세포에서 외부 유전자의 발현411

17.5  ‌Cas9 핵산분해효소는 유전체 편집에 사용되는 정밀한 도구이다413

18장  미생물 유전체학417

18.1  ‌DNA 염기서열분석법 417

18.2  ‌유전체 염기서열분석법422

18.3  ‌메타유전체학은 배양되지 않는 미생물 연구를 가능하게 한다 425

18.4  ‌생물정보학: 염기서열이 갖는 의미는? 426

18.5  ‌기능유전체학은 유전자와 표현형을 연결해 준다428

18.6  ‌시스템생물학: 복잡한 예측 설정 및 시험434

18.7  ‌비교유전체학435

19장  미생물의 분류와 진화의 다양성439

19.1  ‌미생물 분류학은 다양한 특성의 비교를 토대로 한다 439

19.2  ‌분류학적 단계는 체계적 골격을 제공한다441

19.3  ‌미생물 분류와 계통발생학은 거의 대부분 분자적 특성에 기초한다442

19.4  ‌계통발생수는 진화적 유연성을 보여준다447

19.5  ‌미생물종의 개념과 진화과정은 토론의 대상이다449

19.6  ‌버지의 세균 및 고균 분류학 편람455

20장  고균458

20.1  ‌Archaea 개요 458

20.2  ‌Proteoarchaeota, 또는 TACK 상문464

20.3  ‌Euryarchaeota 문: 메탄생성균, 호염고균, 기타468

21장  비프로테오박테리아 외 그람음성 세균477

21.1  ‌Aquificae 문과 Thermotogae 문은 고대 세균 계보이다477

21.2  ‌Deinococcus‐Thermus 문에는 방사선‐저항성 세균이 속한다478

21.3  ‌Tenericutes 문, Mollicutes 강: 세포벽이 없는 세균479

21.4  광합성세균은 다양하다481

21.5  ‌Planctomycetes‐Verrucomicrobia‐Chlamydiae 상문: 비전형적 세포분열488

21.6  ‌Spirochaetes 문: 나사와 같은 형태를 지닌 세균491

21.7  ‌Bacteroidetes 문에는 중요한 장 미생물상이 포함되어 있다493

21.8  Fusobacteria 문: 상리공생성 산소비요구성 세균 494

22장  프로테오박테리아496

22.1  ‌α-프로테오박테리아 강에는 많은 빈영양생물이 속해있다 496

22.2  ‌β-프로테오박테리아 강은 화학종속영양생물과 화학무기영양생물을 포함한다506

미생물 다양성과 생태학510

22.1 광산의 산성유출물510

22.3  ‌γ-프로테오박테리아 강은 가장 큰 세균 강이다510

22.4  ‌δ‐프로테오박테리아 강에는 화학종속영양 산소비요구성 세균과 포식 세균이 포함된다519

22.5  ‌ε‐프로테오박테리아 강에는 병원체에서 심해세균에 이르는 다양한 세균이 속해있다524

23장  그람양성 세균528

23.1  ‌Actinobacteria 강529

23.2  ‌Bacilli 강: 산소요구성 내생포자형성 세균538

23.3  ‌Clostridia 강: 산소비요구성 내생포자형성 세균543

23.4  ‌Negativicutes 강: 외막을 가진 그람양성 세균546

24장  원생생물550

24.1  ‌원생생물의 다양성은 다양한 계통발생군을 반영한다551

24.2  ‌Excavata 상군: 원시 진핵생물553

24.3  ‌Amoebozoa 상군에는 위족을 가진 원생생물이 포함된다555

24.4  ‌SAR 상군: 세계적으로 중요한 원생생물 558

24.5  ‌Archaeplastida 상군에는 ‘녹조류’가 포함된다568

25장  진균571

25.1  ‌진균 생물학은 방대한 다양성을 반영한다573

25.2  ‌Chytridiomycetes는 운동성 포자를 생산한다576

25.3  ‌Zygomycetes: 다핵체 균사를 가진 균류577

25.4  Glomeromycota는 균근 공생체이다578

25.5  ‌Ascomycota는 효모와 사상균을 포함한다578

질병581

25.1 ‌흰코증후군(white-nose syndrome)에 의한 북미 박쥐 개체군의 대량 살상581

25.6  ‌Basidiomycota에는 버섯과 식물병원체가 있다582

25.7  ‌Microsporidia는 세포 내 기생생물이다583

26장  바이러스586

26.1  ‌바이러스의 계통발생학은 확립하기 어렵다 586

26.2  ‌이중가닥 DNA 바이러스는 모든 종류의 세포를 감염한다588

26.3  ‌단일가닥 DNA 바이러스는 생활사에서 이중가닥 중간체를 사용한다597

26.4  ‌이중가닥 RNA 바이러스: RNA 의존 RNA 중합효소는 유전체를 복제하고 mRNA를 합성한다 599

26.5  ‌양성가닥 RNA 바이러스: 진입 시 번역될 수 있는 유전체 600

26.6  ‌음성가닥 RNA 바이러스: RNA 의존 RNA 중합효소는 비리온의 일부다604

26.7  ‌레트로바이러스: 생활사에서 역전사효소를 사용하는 양성가닥 바이러스606

26.8  ‌역전사 DNA 바이러스608

27장  미생물의 상호작용611

27.1  ‌미생물 상호작용의 여러 유형들612

27.2  ‌상리공생과 협동관계는 양방향 상호작용이다612

미생물 다양성과 생태학613

27.1 ‌Wolbachia pipientis: 세계에서 가장 감염성 높은 미생물?613

27.3  ‌편리공생과 편해작용은 일방향성 상호작용이다620

27.4  ‌적대적 상호작용에는 포식, 기생, 경쟁이 있다621

28장  생물지구화학적 순환과 지구 기후변화625

28.1  ‌생물지구화학적 순환은 지구의 생명을 지탱해 준다626

28.2  ‌지구 기후변화: 생물지구화학적 순환의 불균형635

29장  미생물생태학의 연구 방법639

29.1  ‌미생물학은 배양에 의존한다640

29.2  ‌미생물 다양성 측정에 유전학적 방법들이 사용된다643

29.3  ‌미생물군집 활성의 측정은 생화학과 유전학에 의존한다646

30장  해양 및 담수생태계의 미생물652

30.1  ‌물은 미생물의 가장 큰 서식처이다 652

30.2  ‌해양생태계의 미생물654

30.3  ‌담수생태계의 미생물664

31장  토양생태계의 미생물670

31.1  토양은 미생물의 중요한 서식처이다670

31.2  다양한 미생물들이 토양에서 서식한다673

31.3  ‌미생물‐식물 상호작용은 긍정적, 부정적 또는 중립적일 수 있다 674

31.4  ‌지하 생물권은 방대하다686

32장  숙주의 선천성 저항689

32.1  ‌면역은 선천성 저항과 적응방어로부터 발생한다 689

32.2  ‌선천성 저항은 장벽에서 시작한다 691

32.3  ‌선천성 저항은 화학적 매개체에 의존한다 693

32.4  ‌선천면역계의 세포는 각각 자신만의 특별한 기능을 가진다 699

32.5  ‌면역계의 기관과 조직은 숙주 방어가 일어나는 곳이다704

32.6  ‌식세포작용은 침입자를 파괴한다 707

32.7  ‌염증은 모든 면역인자들을 연합한다 711

33장  적응면역715

33.1  ‌적응면역은 인식과 기억에 의존한다716

33.2  ‌항원은 면역을 촉진한다 716

33.3  ‌적응면역은 획득하거나 빌릴 수 있다717

33.4  ‌외래물질의 인식은 강력한 방어를 위해서 중요하다718

33.5  ‌T 세포는 면역 기능을 위해서 매우 중요하다 721

33.6  ‌B 세포는 항체를 만든다727

33.7  ‌항체는 특정 3-D 항원과 결합한다728

기술과 적용736

33.1 단클론항체 치료736

33.8  ‌항체는 항원을 파괴한다 737

33.9  ‌면역관용은 필수다738

33.10  ‌면역계는 고장 날 수 있다739

34장  미생물과 사람이 이루는 생태계 748

34.1  사람은 통생명체다748

34.2  ‌미생물군유전체는 출생부터 성인에 이르기까지 발달한다749

34.3  ‌기능적 핵심 미생물군유전체가 사람의 항상성에 필요하다755

34.4  ‌많은 질환이 장내세균 불균형과 연결되어 있다 760

34.5  ‌미생물군유전체의 조절은 치료법이 될 수 있다763

35장  감염과 병원성766

35.1  ‌감염의 과정766

35.2  ‌숙주로의 이동과 진입768

35.3  ‌숙주 방어에서 살아남기774

35.4  ‌숙주에게 손상 입히기776

36장  역학과 공중보건 미생물학782

36.1  ‌역학은 증거에 기초한 과학이다782

흥미로운 역사적 사건783

36.1 미국의 공중보건 역사783

36.2 존 스노우, 첫 번째 역학자784

36.2  ‌역학은 잘 검증된 방법에 근간을 둔다784

36.3  ‌감염병은 인구 집단 내의 양상을 통해 밝혀진다 787

흥미로운 역사적 사건789

36.3 “장티푸스 메리(Typhoid Mary)”789

36.4  ‌감염병과 병원체는 새롭게 출현하거나 재출현한다790

36.5  ‌의료시설이 감염원을 보유하고 있다792

36.6  ‌유행병의 예방 및 제어를 위해 협조적인 노력이 요구된다793

흥미로운 역사적 사건796

36.4 첫 번째 예방접종796

36.5 1346년-생물학적 전쟁의 최초 기록798

36.7  ‌생물테러에 대한 대비는 공중보건 미생물학의 핵심 부분이다798

37장  임상미생물학과 임상면역학802

37.1  ‌임상미생물 실험실은 감염원을 발견하고 실험실 종사자들을 보호한다 803

37.2  ‌검체로부터 미생물의 확인805

37.3  ‌면역반응이 감염을 검출하는 데 이용될 수 있다812

38장  바이러스와 프리온에 의한 질병820

38.1  ‌바이러스는 공기매개로 전파될 수 있다 820

38.2  ‌절지동물은 바이러스질병을 전파할 수 있다 829

38.3  ‌바이러스가 직접 접촉 질병을 야기할 수 있다 832

38.4  ‌식품과 물이 바이러스질병의 운반체이다 845

흥미로운 역사적 사건848

38.1 소아마비의 간략한 역사848

38.5  ‌인수공통감염병은 사람-동물 상호작용으로 발생한다848

38.6  ‌프리온 단백질이 질병을 전파한다851

39장  세균에 의한 질병 854

39.1  ‌세균은 공기매개로 전파될 수 있다854

39.2  ‌절지동물이 세균 질병을 전파할 수 있다864

39.3  ‌직접 접촉질병은 세균에 의해 야기될 수 있다 867

질병874

39.1 매독과 터스키기 연구 874

39.2 생물막876

39.4  ‌식품과 물이 세균질병의 운반체이다 880

기술과 적용881

39.3 ‌치료제로서의 클로스트리디아 독소: 자연계의 독성이 가장 강한 단백질의 혜택881

39.5  ‌인수공통감염병은 사람-동물 상호작용으로 생긴다 888

39.6  ‌기회감염질병은 세균에 의해 야기될 수 있다 891

40장  진균과 원생생물에 의한 질병898

40.1  ‌상대적으로 소수의 진균과 원생생물은 인체 병원체다 898

40.2  ‌진균은 공기매개로 전파될 수 있다 900

40.3  ‌절지동물은 원생동물 질병을 전파할 수 있다902

질병903

40.1 말라리아의 간략한 역사903

40.4  ‌직접 접촉 질병은 진균과 원생생물에 의해 일어날 수 있다 910

40.5  ‌식품과 물이 원생동물 질병의 운반체이다913

40.6  ‌기회감염 질병은 진균과 원생생물에 의해 일어날 수 있다917

41장  식품미생물학923

41.1  ‌미생물 생장은 식품의 부패를 야기할 수 있다923

41.2  ‌식품 부패를 관리하기 위하여 여러 방법이 사용된다926

41.3  ‌식품매개 질병의 발생929

41.4  ‌식품매개 병원체의 검출은 정부-산업체 협력이 요구된다932

기술과 적용934

41.1 초콜릿: 발효의 달콤한 면934

41.5  ‌발효식품의 미생물학: 맥주, 치즈 등935

42장  생물공학과 산업미생물학943

42.1  ‌미생물들은 산업적으로 중요한 많은 제품의 공급원이다943

42.2  ‌생물연료 생산은 역동적인 분야이다946

42.3  ‌도전에 직면한 산업 현장에서의 미생물 배양947

42.4  ‌산업적으로 중요한 화합물의 최대생산을 위한 균주의 생산948

42.5  ‌농업생명공학은 식물병원체에 의존한다954

42.6  ‌제품으로서의 미생물들956

43장  응용환경 미생물학959

43.1  ‌수질정화와 위생분석은 안전한 식수를 보장한다959

43.2  ‌폐수처리는 인간과 환경의 건강을 유지한다964

43.3  ‌미생물 연료전지: 미생물에 의해 구동되는 배터리970

43.4  ‌생분해와 생물복원으로 미생물이 환경을 정화한다 971

부록976

용어해설992

찾아보기1022

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