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제1장 미생물학으로의 초대 1

1.1 미생물의 특징 3

1.2 초기 미생물학 연구 4

1. 현미경의 발명 4
2. 질병의 병인론과 생명의 자연발생설 4
3. 감염 조절방법들 6

1.3 특수 미생물학 분야 7

1. 전염병 예방법 7
2. 바이러스의 발견 7
3. 항생물질 7
4. 미생물 유전학과 분자생물학의 발달 8

1.4 미생물 분류 9

1.5 최신 미생물학과 생명공학과의 관계 12

1. 생명공학 12
2. 미생물 생명공학의 발전 12
3. 미생물에 의한 환경정화 12

• 요약 13
• 정리문제 13

제2장 미생물 계통분류학 15

2.1 초기 지구와 생명의 기원 16

1. 지구 형성과 초기 지구상 생명체 16
2. 세포 생명체의 기원 17
3. 초기 생명체의 다양화 17
4. 진핵생물의 출현 19

2.2 미생물의 진화과정 20

1. 진화과정 20
2. 계통 분석 20
3. 계통 분석방법 21

2.3 미생물 분류체계 23

1. 종의 개념 23
2. 분류와 명명법 24

• 요약 25
• 정리문제 25

제3장 세균의 다양성 27

3.1 세균의 특성 28

세균의 일반적인 특성과 다양한 계통 발생 29

3.2 산소발생형 광영양세균 시아노박테리아 30

1. 시아노박테리아 세포구조 31
2. 단세포, 실 모양 및 군체의 시아노박테리아 31
3. 다세포성 32
4. 시아노박테리아 군집성 33

3.3 그람 양성균 33

1. Firmicutes 33
2. 비포자형성 Firmicutes 34
3. 방선균 37

3.4 그람 음성균 프로테오박테리아 40

1. 프로테오박테리아들의 다양한 대사과정 40
2. a-프로테오박테리아 41
3. b-프로테오박테리아 44
4. g-프로테오박테리아 45
5. d -프로테오박테리아 48
6. e -프로테오박테리아 49

3.5 초기에 갈라진 그람 음성균 50

1. Acidobacteria 50
2. Bacteroidetes 50
3. Chlorobi 51
4. Fusobacteria 51
5. Nitrospirae 51

3.6 스피로헤타 52

1. 스피로헤타의 다양성 52
2. 스피로헤타의 세포구조 52

3.7 클라미디아 53

1. 세포 내 기생하는 클라미디아 53
2. Planctomycetes 53
3. Verrucomicrobia 54

• 요약 54
• 정리문제 54

제4장 고균 다양성 55

4.1 고균의 계통학적 및 대사적 다양성 56

1. 고균의 세포구조와 대사과정 57
2. 고균 유전체 구조와 조절 59
3. 고균의 계통수 60

4.2 Crenarchaeota 62

1. 서식처와 에너지 대사과정 62
2. Sulfolobales 63
3. Desulfurococcales 63
4. 중온성 Crenarchaeota 64
5. 저온성 Crenarchaeota 65

4.3 Thaumarchaeota 65

암모니아를 산화하는 타움고균 65

4.4 Euryarchaeota 66

1. 메탄생성경로 66
2. 메탄생성균의 세포 형태 67
3. 메탄생성균의 혐기성 서식처 68
4. 메탄생성 과정 68

4.5 호염성 Euryarchaeota 71

1. 호염성 고균의 특징 71
2. 상이한 고염분 서식처에 따른 호염 고균의 종류 73
3. 레티날에 의한 광종속영양 73

4.6 ‌극한의 Euryarchaeota와 초기에 분기한

고균 집단 74

1. Thermococcales 74
2. Archaeoglobus는 역-메탄생성 과정 75
3. Thermoplasmatales 75
4. Nanoarchaeota 76
5. 초기에 분기된 그룹 76

• 요약 77
• 정리문제 77

제5장 진핵미생물의 다양성 79

5.1 진핵미생물의 다양성 80

1. 후방편모생물: 동물과 균류 80
2. 조류의 진화 82

5.2 원생생물 82

1. 중복편모충류와 부기저체류 82
2. 유글레나충류 82
3. 피하낭류 83
4. 부등편모조류 85
5. Cercozoan과 Radiolarian 86
6. Amoebozoa 86

5.3 균류 87

1. 균류의 특성 87
2. 균류의 생식과 계통발생 89

5.4 조류 93

1. 1차 조류 93
2. 2차 조류: 규조류와 켈프 95

• 요약 98
• 정리문제 98

제6장 바이러스 다양성 99

6.1 바이러스란 무엇인가? 100

1. 숙주세포 101
2. 숙주세포 DNA에 끼어 들어가는 바이러스 유전체 102
3. 바이러스의 특성 102
4. 병원체로서의 바이러스 102

6.2 바이러스 구조 103

1. 대칭구조의 비리온 103
2. 비대칭 구조의 비리온 107
3. 바이로이드와 프라이온 107

6.3 바이러스 유전체와 바이러스 분류 108

1. 바이러스 유전체 108
2. ICTV 바이러스 분류 108
3. Baltimore 바이러스 분류법 109
4. 감염하는 숙주에 따른 분류 111
5. RNA 유전체에 의한 분류 111
6. DNA 유전체에 의한 분류 112
7. 신종 및 변종 바이러스 113

6.4 바이러스 복제 및 증식 114

1. 바이러스의 생활사 단계 114
2. 박테리오파지의 생활사 114
3. 파지의 용원성 116
4. 동물바이러스의 복제과정 119
5. 잠복성 바이러스 감염 123
6. 레트로바이러스 123
7. 동물바이러스 감염 결과 125

6.5 식물바이러스 복제주기 125

1. 침투 125
2. 감염 126
3. DNA Pararetrovirus 126

6.6 바이러스 배양법 127

1. 배양방법의 발달과정 127
2. 세포배양의 종류 127
3. 세포독성효과 127

6.7 유사 바이러스 128

1. 위성 바이러스 128
2. D형 간염 바이러스 128
3. 바이로이드 128
4. 프라이온 129

6.8 발암 바이러스 129

1. 인체 발암 바이러스 129
2. 발암 바이러스는 어떻게 암을 일으키는가? 130
3. 발암유전자 130

• 요약 131
• 정리문제 131

제7장 미생물 관찰 133

7.1 미생물 관찰하기 135

7.2 빛의 특성 136

7.3 광학현미경 140

1. 복합현미경 141
2. 형광현미경 143
3. 암시야 현미경 145

7.4 전자현미경 145

1. 전자현미경 146
2. 초저온 전자현미경 146
3. 공초점 현미경법 147

7.5 광학현미경 사용기술 148

1. 시료 준비 148
2. 염색 과정 148

• 요약 150
• 정리문제 150

제8장 미생물 세포구조와 기능 151

8.1 원핵세포의 특징 152

1. 원핵세포의 범위 152
2. 원핵세포의 모양과 크기 152

8.2 원핵세포 구조와 기능 154

1. 세포막과 수송 154
2. 세균 세포벽 158
3. 고균 세포벽 161

8.3 세균세포의 기타 구조물 162

1. 세포 표면구조물 162
2. 세포 봉입체 163
3. 가스소포체(기낭) 164
4. 내생포자 164

8.4 세포의 이동 방식 165

1. 편모운동 165
2. 활주운동 166
3. 미생물의 주성 167

8.5 진핵미생물의 구조와 세포소기관 167

1. 세포막의 구성요소 및 특징 167
2. 물질 수송 167
3. 세포소기관 169
4. 세포골격과 운동기관 170

• 요약 170
• 정리문제 170

제9장 미생물의 대사와 생장 171

9.1 미생물의 영양 172

1. 영양소 172
2. 미생물의 생체량 173
3. 에너지 획득과정 174
4. 에너지 저장 175

9.2 영양소 섭취 방식 175

1. 촉진 확산 176
2. 능동수송 177
3. ABC 수송체계 178
4. 시데로포어 179
5. 작용기 전달수송 179

9.3 미생물 배양 179

1. 배양배지의 종류 179
2. 세균의 영양요구 180
3. 실험실 세균배양 180
4. 환경시료에서의 미생물 검출 181

9.4 미생물 생장 측정 184

9.5 미생물 생장주기 187

1. 기하급수적 생장 187
2. 세대기간 187
3. 정치배양에서의 생장단계 188
4. 연속배양 190

9.6 생체막(바이오필름) 190

9.7 세균의 세포분화 192

1. 세균의 내생포자 192
2. 시아노박테리아 분화 193
3. 자실체 분화 194
4. 방선균 분화 194

• 요약 195
• 정리문제 195

제10장 미생물의 생장과 환경 197

10.1 미생물 생장과 환경적 한계 198

10.2 온도와 압력 198

1. 생장속도와 온도 199
2. 생장온도에 따른 미생물 분류 200

10.3 삼투압 201

10.4 pH 농도 202

1. 최적 pH, 최고 pH 그리고 최소 pH 202
2. pH 범위에 따른 미생물 분류 202

‌3. pH 항상성 204

10.5 산소에 의한 영향 205

1. 세포 내 산소의 장단점 205
2. 호기성과 혐기성 206
3. 혐기성균과 조건부 혐기성 미생물 207
4. 혐기성균의 실험실 배양방법 208
5. 수분과 압력 208

10.6 영양소 결핍과 기아에서의 미생물 반응 208

기아에 대한 반응 208

10.7 미생물 생장제어 209

1. 물리적 제어 209
2. 화학적 제어 210

• 요약 211
• 정리문제 211

제11장 미생물 유전학 213

11.1 유전물질의 구조와 기능 215

1. 유전자형과 표현형 216
2. DNA와 염색체 216
3. DNA 복제 217
4. RNA와 단백질 합성 220

11.2 세균의 유전자 발현 조절 222

1. 전사 전 조절 222
2. 전사 후 조절 225

11.3 돌연변이 225

1. 돌연변이 종류 225
2. 돌연변이원 226
3. 돌연변이체 탐지 227
4. 발암원 탐지 228

11.4 유전물질의 전이와 재조합 228

1. 세균의 형질전환 228
2. 유전물질 접합 229
3. 세균에서의 형질도입 229
4. 플라스미드와 트랜스포존 229

11.5 생명공학 230

1. 재조합 DNA 기술 230
2. 재조합 DNA 제조과정 230

11.6 생명공학 도구 231

1. 선택 231
2. 돌연변이 231
3. 제한효소 231
4. 벡터 231
5. PCR 233

• 요약 233
• 정리문제 233

제12장 미생물의 에너지 및 중심대사 235

12.1 미생물의 에너지 획득과정 237

1. 미생물의 에너지 사용현황 238
2. 생물 에너지학 238

12.2 화학반응에서의 자유에너지 변화 239

12.3 에너지 수송체와 전자수송 240

1. ATP 240

2. NADH 241
3. FADH2 243

12.4 효소 243

1. 효소의 특성 243
2. 효소반응 244

12.5 미생물의 해당과정 244

1. 분해되는 기질 244
2. 혐기성 대사과정 247

12.6 호기성 호흡: TCA 회로 252

1. 아세틸-CoA 252
2. TCA 회로 253
3. 산화적 인산화과정 253
4. 글리옥실레이트(glyoxylate) 우회경로 254
5. TCA 회로 중간산물과 아미노산 합성 254

12.7 난분해성 물질의 분해과정 254

1. 호기성 벤젠 분해과정 255
2. 혐기성 벤젠 분해과정 256
3. 기타 거대분자의 분해과정 256

• 요약 258
• 정리문제 258

제13장 미생물의 에너지 획득 259

13.1 전자전달계 260

1. 전자공여체와 전자수용체 260
2. 에너지 저장 261
3. 전자전달계는 막에 있다 263

1 3.2 양성자구동력 264

1. 전자전달계의 양성자 펌프 264
2. 양성자구동력의 구성요소 265
3. 양성자구동력이 하는 일 265

1 3.3 호기성 세균의 전자전달계 266

1. 보조인자가 하는 일 266
2. 산화환원효소 단백질 복합체 267
3. ATP 합성효소 270
4. Na+ 펌프 271

13.4 혐기성 호흡 271

1. 질소의 산화형태 272
2. 황의 산화형태 272
3. 이화적 금속환원 273

1 3.5 무기영양과정과 메탄합성과정 273

1. 철의 산화과정 274
2. 질소의 산화과정 274
3. 황과 금속 산화과정 275
4. 수소영양세균 276
5. 메탄생성과정 276
6. 메틸영양과정 276

1 3.6 광영양과정 276

1. 박테리오로돕신 277
2. 엽록소 278
3. 광계 I과 II 280

• 요약 284
• 정리문제 284

제14장 생합성 285

14.1 생합성 개론 286

1. 생합성에 필요한 기질 287
2. 생합성에 필요한 에너지 287

14.2 CO2 고정: 캘빈 회로 289

1. 캘빈 회로 개요 289
2. Ribulose 1,5-Bisphosphate에 CO2 결합 290
3. Rubisco 작용기작 291
4. Ribulose 1,5-Bisphosphate의 재생 291
5. 캘빈 회로 조절 293

14.3 다양한 CO2 고정경로 293

1. 환원성 또는 역-TCA 회로 293
2. 아세틸-CoA 경로 294
3. 3-Hydroxypropionate 회로 295

14.4 지방산과 폴리케타이트 생합성 296

1. 지방산 합성 296
2. 불포화 과정 297

3. 지방산 합성 조절 297
4. 폴리케타이드 항생제 298

14.5 질소고정 298

1. 질소 동화작용 298
2. 질소고정과정 300
3. 질소고정에 관련된 분자적인 조절기작 303

14.6 아미노산과 염기의 생합성 303

1. 아미노산 합성 303
2. NH4+의 동화과정 304
3. 아미노산 생합성과정 304
4. 퓨린과 피리미딘 합성 305
5. 펩타이드성 항생제 합성 307

• 요약 309
• 정리문제 309

제15장 인체 내 미생물과 선천성 면역 311

15.1 인체 마이크로바이옴 312

1. 마이크로바이옴 획득 312
2. 피부 313
3. 눈 314
4. 구강과 비강 314
5. 호흡기관 315
6. 비뇨생식기관 315
7. 위 315
8. 장내 315

15.2 미생물균총의 이로움과 해로움 316

1. 이로움 316
2. 해로움 317
3. 비만의 원인 317

5.3 면역계 318

1. 선천성 면역과 적응면역 318
2. 감염과 질병 318
3. 면역세포 318
4. 림프기관 321

15.4 감염에 대한 물리적 및 화학적 방어 322

1. 물리적 장벽 322
2. 화학적 장벽 324

15.5 선천성 면역 324

1. 침입자 감지하기 324
2. I형 인터페론 326
3. 급성 염증 326
4. 식균세포 328
5. 식균세포의 살균과정 329
6. 자가파지와 세포 내 병원균 329
7. 만성 염증 330

15.6 보체와 열 331

1. 보체 기능 331
2. 보체의 다른 역할 332
3. 급성단계에서의 반응 332
4. 열 333

• 요약 333
• 정리문제 333

제16장 적응면역 반응 335

16.1 적응면역의 개요 336

1. 체액성 면역과 세포-매개 면역 336
2. 면역원성 338
3. 면역반응의 일반 특성 338
4. 항원과 합텐 340

1 6.2 항체 구조 및 다양성 340

1. 항체의 면역침강 341
2. 항체의 세부구조 341
3. 항체의 다양성 343
4. 항체의 기능과 구조 343
5. 1차 및 2차 항체반응 345
6. 클론선택 346
7. 항체 유전자 발현과정 348

1 6.3 세포성 면역반응 351

1. T 세포 활성화 351
2. 항원제시과정 352

3. T 세포 수용체 353
4. 흉선의 기능 354
5. TH0 세포의 활성화 355
6. TFH 세포 기능 356
7. TH1 세포의 기능 356
8. TH17 세포의 기능 357
9. 면역반응의 균형자 역할 357
10. 초항원 358
11. 적응면역을 회피하는 미생물 359
12. 대식세포의 활성화 359

1 6.4 적응면역에서의 보체 360

1. 보체 활성화 조절 361
2. 보체 구성원의 다른 역할 361

1 6.5 장내 점막면역 361

1. 장 면역계 361
2. 피아간 식별 363
3. 장 면역계의 구획 형성 363
4. ‌장 면역과 인체건강에 영향을 미치는 마이크로바이옴 363

1 6.6 면역 백신주사 364

1. 백신 364
2. 집단면역 364
3. 백신과 면역력 364
4. 백신 안정성 365

1 6.7 과민증과 자가면역 365

1. 즉시형 과민증 366
2. 지연성 과민반응 366
3. 자가면역 366

• 요약 367
• 정리문제 367

제17장 미생물의 발병기작 369

17.1 숙주-병원체 관계 370

1. 병원체 개념 370
2. 발병기작 용어 371
3. 정상균총 372
4. 감염성 질병의 면역병인론 372

17.2 병독성 인자 373

1. 병독성 유전자 식별법 373
2. 병원성 아일랜드(유전자군) 373
3. 수평적 유전자 전이에 의한 병원균체 374

17.3 미생물의 부착 374

1. 필리 375
2. 필리구조가 아닌 어데신 377
3. 생체막(바이오필름)과 감염 378

17.4 미생물 독소 378

1. 미생물 외독소 378
2. 숙주 세포막을 파괴하는 세포독소 380
3. AB 단위체로 구성된 외독소 380
4. 엔테로독소 381
5. 내독소 382

17.5 독소 단백질의 위치 383

1. II형 단백질 분비와 IV형 필리 조합 383
2. III형 분비기작 383
3. IV형 분비계 385

17.6 숙주 내 미생물 385

1. 병원균 위치인식 385
2. 세균의 세포 밖 면역회피 386
3. 숙주세포 내 병원균 386
4. 감염에 대한 병원균의 인지능력 387

• 요약 387
• 정리문제 387

제18장 임상미생물학과 역학 389

18.1 임상미생물학 390

1. 미생물을 동정하는 데 시간이 필요하다 390
2. 시료수집과 처리과정 391
3. 생장배지 및 배양 392
4. 생물학적 안전성 고려사항 392

18.2 최신 병원균 동정법 393

1. 전통적 진단 접근법 393
2. 신속 동정기술 393
3. 기타 동정법 398
4. 현장 신속 진단법 398
5. 메타지놈 진단법 399

18.3 역학의 기본 원리 399

풍토병, 유행병, 또는 대유행 감염병 399

18.4 신종 질병의 탐지 401

1. 신·변종 병원균 401
2. 신종 질병 추적 402

• 요약 403
• 정리문제 403

제19장 항미생물제제 및 치료요법 405

19.1 항미생물 치료의 원리 406

19.2 항세균제 407

1. 항균제 발견의 역사 407
2. 선택적 독성력 408
3. 항균제 항균활성 409
4. 항균활성 측정법 409

19.3 항생제 작용기작 410

1. 세포벽 합성 억제 410
2. 병원균 세포막 파괴 항생제 414
3. 핵산 억제제 414
4. 단백질 합성 억제제 415

19.4 항진균제 416

1. Polyene 계열 항진균제 416
2. Azole 계열 항진균제 416
3. Allylamine 계열 항진균제 416
4. 기타 항진균제 417

19.5 항바이러스제 417

1. 바이러스 언코팅 억제제 417
2. DNA 합성 억제제 418
3. 항-HIV 억제제 418
4. 새로운 항바이러스제제 419

19.6 항생제 내성 420

1. 항생제 내성균 생성 421
2. 새로운 항균제의 모습 421

• 요약 422
• 정리문제 422

제20장 미생물 생태학 423

20.1 최신 미생물 생태학의 방법 425

1. 환경 시료 425
2. 메타지놈 시퀀싱과 어셈블리 426

20.2 기능성 환경학 429

1. 탄소 동화와 분해과정 429
2. 산소와 다른 전자 수용체 430
3. 온도, 염도, pH 430

20.3 공생 430

1. 상리공생 430
2. 공생은 다양한 수준의 협력과 기생을 포함한다 430

20.4 해양 및 수생 미생물 431

1. 해수 서식처 431
2. 배양되지 않는 균의 배양 431
3. 해수의 메타지놈 432
4. 해수 군집 속의 플랑크톤 432
5. 담수의 미생물 군집 433

20.5 토양 미생물 434

1. 토양 미생물학 434
2. 리그닌 분해 434
3. 근권 434
4. 균근 435

20.6 식물 속의 미생물 군집 437

1. 식물 내부 기생 미생물 437
2. 뿌리혹박테리아 437
3. 식물 병원균 437

• 요약 438
• 정리문제 438

참고문헌 439

부록: 마이크로바이옴에 대한 이해 440

찾아보기 445

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