우리가 살아가는 환경은 수많은 미생물로 둘러싸여 있습니다. 눈에 보이지 않을 정도로 작은 존재들이지만, 이들은 생태계의 순환, 인간의 건강, 식품의 안전과 품질에까지 막대한 영향을 미칩니다. 미생물학은 이러한 미생물의 구조와 기능, 생리학적 특성, 그리고 인간·환경과의 상호작용을 탐구하는 학문 분야입니다.
미생물학의 개요와 기원
미생물학은 미생물을 다루는 생물학의 분야 중 하나입니다. 미생물에는 세균, 균류, 조류, 원생동물 그리고 바이러스 등이 있습니다. 이들 미생물은 공통적으로 나타나는 특징이 존재합니다. 첫 번째로는 맨눈으로 관찰하기에는 크기가 너무 작아서, 구조를 연구하기 위해서 적합한 종류의 현미경을 필요로 합니다. 그리고 실험실 내에서 인공적으로 취급 및 배양하려고 할 때 비슷한 방식을 활용합니다. 또한, 고등동식물보다는 상대적으로 단순한 세포와 기타 소기관의 구조를 가지고 있고, 조금 더 미분화된 특성이 보입니다. 미생물학의 발전에 있어서 미생물의 크기는 가장 큰 걸림돌이 되었습니다. 미생물학의 역사는 1677년 처음으로 레벤후크가 자신이 제작한 간단한 구조의 현미경을 이용해 미생물을 관찰했던 시기에서부터 시작하게 됩니다. 그때 여러 종류의 원생동물, 조류, 균류, 크기가 큰 세균들의 관찰이 가능하게 되었습니다. 전자현미경이 발명된 이후엔 미생물 중 바이러스의 존재를 알게 되었고, 세균과 다른 유기체들의 세포 구조 사이의 차이점을 알 수 있게 되었습니다. 미생물의 크기는 육안으로 겨우 볼 수 있을 정도인 수십~수백㎛ 크기의 아메바부터, 20nm의 바이러스까지 아주 다양하게 존재합니다. 실험실에서 미생물을 배양하는 전통적인 방법으로는 주로 순수배양법을 활용하는 것입니다. 순수배양법이란 미생물을 원래 살던 환경에서 분리하여 연구에 알맞은 멸균 배지에 식균 하는 방식입니다. 이렇게 순수 배양을 하기 위해서는 무균법을 사용해야 합니다. 실험실 환경 내로 배양 중인 미생물이 전파되거나, 실험실이나 실험자에게 존재하는 미생물이 배지에 오염되는 것을 방지하기 위해서입니다. 이런 배양 기법들이 발달하여서 미생물학의 발전에 필수적인 요소가 되었습니다.
미생물의 분류와 연구 분야
미생물 연구의 분야는 아주 넓은데, 미생물의 종류에 따라 세균학, 균학, 조류균학, 원생동물학, 바이러스학으로 분류할 수 있습니다. 이러한 세부 분야들은 각각의 미생물 특성을 이해하는 데 그치지 않고, 의학·농업·환경·식품 등 다양한 산업 분야에 응용되고 있습니다. 미생물은 그 구조와 생화학, 유전학, 생리학적인 특성을 바탕으로 연구하기도 합니다. 각각 생물들 사이에 구조적인 차이가 있지만 미생물과 다른 대부분의 생물은 DNA를 바탕으로 한 세포 조절 기작과 생화학적 기작이 거의 비슷합니다. 따라서 미생물 연구는 생명 현상을 이해하기 위한 기초 학문으로서, 분자생물학과 생명공학 연구의 토대가 되기도 합니다. 미생물과 인간, 환경과의 관계를 대상으로 하는 여러 응용 연구 분야도 미생물학에 포함되어 있습니다. 전문 연구들은 서로 연결되어 있습니다. 예를 들면 식중독과 같은 질병에 대한 연구는 의학 및 농업 미생물학적 연구과 관계가 있습니다. 미생물에 관련된 특정한 전문 연구들은 기본적인 원칙들에 대한 이해가 있어야 합니다. 예를 들면 식품 미생물학자는 미생물의 구조, 미생물의 분류, 미생물의 동정 방법, 미생물의 성장 방식과 성장에 영향을 미치는 여러 요인과 성장 조절 방법, 미생물의 사멸 및 영양 조건, 실험 배양 기법 등에 대한 것들을 잘 알고 이해하고 있어야 합니다. 이처럼 미생물학의 기본 원리를 깊이 이해하는 것은 발효 공정 개선, 식품 안정성 확보 등 실질적인 산업 발전에도 직결됩니다.
식품 미생물학과 산업적 응용
식품의 보존 방법과 식품의 발효에 대해선 고대로부터 알려져왔지만, 1800년대가 되고 나서야 이런 것들이 미생물과 식품의 관계에 따른 것임을 알게 되었습니다. 오늘날의 식품 미생물학은 고도로 발전된 분야 중 하나입니다. 식품 미생물학자들의 주요 관심 분야는 식품 발효, 식품 위생, 식품 관련 질병 및 식중독, 식품의 변패, 식품의 저장 및 보존, 수질 관리, 실험실 관리, 품질 관리 등이 있습니다. 이러한 연구들은 식품의 안전성 및 저장성 확보뿐만 아니라, 기능성 식품 개발과 새로운 발효 기술의 혁신에도 기여하고 있습니다.
▶ 미생물 종류에 따른 식품산업과의 관련성
(1) 세균: 식품 관련 질병, 식품 첨가제와 효소 생산, 식품 부패, 발효
(2) 효모: 식품 첨가제와 효소 생산, 식품 부패, 발효
(3) 곰팡이: 단세포 단백질 생산, 식품 관련 질병, 효소 생산, 식품 부패, 발효
(4) 바이러스: 식품 관련 질병, 유제품 발효 실패
원생동물과 조류는 식품의 생산과 가공 그리고 소비와 직접적으로 관련되어 있지는 않습니다. 하지만 어떤 원생동물들은 식중독을 일으키기도 하고, 어떤 원생동물들은 쓰레기를 처리하는 데 사용되기도 합니다. 조류는 단세포 단백질이나 알긴산 등을 생산하는 데 이용되기도 하고, 어떤 해양 조류가 만들어내는 독소는 해산물과 함께 소비될 때 문제를 일으키기도 합니다.