Introduction

대장균, 페스트균, 포도상구균... 이들은 모두 세균이라 부른다. 눈에 보이지 않을 정도로 미세한 존재들. 그런데, 이들을 모두 '세균'이라는 이름 아래 다 같은 것으로 묶기에는 세균들도 서로 다른 차이점이 존재하기 마련이다.

그렇다면 그 차이점을 이용해 그들을 분류하는 방법도 있지 않을까? 오늘은 세균을 분류하는 방법 중 하나인 그람 염색법에 대해 설명해보려고 한다.

Gram Stain

그람 염색법은 덴마크의 외과의사 그람이 개발한 방법으로 세균 세포벽의 성분 조성에 따라 그람 양성균, 그람 음성균으로 분류한다.

그들을 분류하는 가장 주요한 요인은 바로 세포벽을 구성하는 펩티도글리칸이다.

1)펩티도글리칸과 그람양성/음성균

[펩티도글리칸]

펩티도글리칸은 N-아세틸글루코사민과 N-아세틸뮤람산 등 여러 종류의 아미노산으로 이루어진다. 소단위가 이루는 사슬이 교차결합으로 연결되어 촘촘하게 망상구조를 띄는 주머니 모양이 된다.

[그람 양성균의 세포벽]

그람 양성균은 세포벽이 두껍고 균일하며 주로 펩티드 연결다리를 이용하여 팹티도글리칸 구조를 형성한다. 다량의 테이코산이 펩티도글리칸 표면으로 돌출되어 있기에 세포벽이 음전하를 띠게 된다.

예) 포도상구균, 폐렴균, 파상풍균 등..

[그람음성균의 세포벽]

펩티도글리칸 층이 아주 얇아 전체 바깥층 무게의 5-10% 밖에 차지하지 않는다.

예) 대장균, 살모넬라균, 페스트균 등...

2)그람염색법

이번엔 염색 과정에 대해 알아보도록 하겠다.

우선 세균을 열처리 등의 방법으로 고정을 시킨다.

-> 1.염색: 염기성 염료인 크리스탈 바이올렛(Crystal Violet)으로 염색을 시킨다.

이 과정을 거친 세균의 세포벽은 보라색으로 염색된다.

-> 2. 착색: 염색된 세균에 아이오딘 용약을 처리한다.

그러면 Crystal Violet과 아이오딘이 반응하여 불용성 복합체를 형성한다.

-> 3. 탈색: 알코올 또는 아세톤을 처리하여 불용성 복합체를 융해한다.

그 결과 그람음성균만 탈색되어 무색이 된다.

-> 4. 대조 염색: 분홍색 염기성 염료인 safranin-o를 이용하여 무색이던 그람음성균을 분홍색으로 염색한다.

[그람염색법의 원리]

크리스탈 바이올렛으로 염색된 그람양성균 세포벽의 두꺼운 펩티도글리칸은 탈색 과정 시 크리스탈 바이올렛이 제거되는 것을 막는다. 또한 알코올은 펩티도글리칸을 탈색시키며 분자간 공간을 좁혀 크리스탈 바이올렛과 아이오딘 불용성 복합체가 빠져나가지 못하게 막는다.

그러나 그람 음성균 세포벽의 인지질 세포막은 알코올에 쉽게 용해될 뿐 아니라 펩티도글리칸 층이 얇아 불용성 복합체가 쉽게 빠져나갈 수 있다. 그리하면 펩티도글리칸 층이 얇은 그람음성균만 탈색이 되고 대조염색 과정에서 그람음성균만 분홍색으로 염색이 되므로 그람음성균과 양성균을 구분할 수 있다.

Conclusion

오늘은 세포벽 구조에 따라 세균을 분류하는 그람 염색법에 대해 알아보았다. 펩티도글리칸의 두께와 세포벽 구조에 따라 다르게 염색되는 원리를 이용하는 것이 매우 인상깊은 것 같다.

참고자료

-찾아가는 세종과학교실(since 2012)