세균학: G(-) Bacterial Outer membrane, LPS, ECA, Capsule, Porin protein의 구조와 특성
G(-) Bacterial Outer membrane, LPS, ECA, Capsule, Porin protein의 구조와 특성
1. OM(Outer membrane)
Outer membrane(OM)은 두 가지 타입, liposaccharide(LPS)와 phospholipid를 가진다. OM의 phospholipid는 세포질막과 성분이 비슷한데, 포스파티딜에탄올아민(Phosphatidylethanolamine)이 조금 더 풍부하다. 장내세균의 OM은 독특한 다당류인 enterobacterial common antigen(ECA)를 가진다. 또한 여러 단백질과 협막다당(capsular polysaccharide)를 가진다.
2. LPS의 구조와 기능
LPS는 OM의 독특한 구성물질로, 지질과 탄수화물을 모두 포함하는 복잡하고 거대한 분자이다. LPS는 지질 A, 중심다당체, O 곁가지의 세 부분으로 이루어져 있다. Salmonella의 LPS 분자가 가장 많이 연구되었으며, 일반적인 구조는 다음과 같다.
지질 A에는 두 개의 글루코사민 당 유도체가 있고, 각각에는 3개의 지방산과 인산 또는 피로인산이 연결되어 있다. 지질 A의 지방산 부분은 외막에 묻혀있고 LPS 분자의 나머지 부분은 표면으로부터 돌출되어 있다.
중심 다당체는 지질 A와 연결되어 있다. Salmonella에서 중심다당체는 10개의 당분자로 구성되어 있으며 이들 대부분은 특이한 구조를 이룬다.
O 곁가지 또는 O 항원 (antigen)은 중심에서 바깥쪽으로 뻗어있는 다당류 사슬이다. 이것은 여러 개의 당 분자를 가지고 있으며 세균 균주마다 그 구성이 다르다.
LPS는 여러 가지 중요한 기능을 한다.
1) 중심다당체가 일반적으로 하전된 당과 인산기를 지니기 때문에 진정세균은 표면의 음전하에 기여한다.
2) 지질 A는 외막 바깥층의 주요 성분이며, 외막 구조를 안정화시키는 데 도움을 준다.
3) 세균이 표면에 부착하고 생물막을 형성하는 데 도움을 준다.
4) LPS 분자들의 상호작용으로 투과장벽 형성을 돕는다.
5) 병원성 그람음성 세균을 숙주의 방어로부터 보호해준다. 많은 그람음성 세균은 O 항원의 항원성을 재빨리 변화시킬 수 있어 숙주의 방어작용을 피해간다.
6) 지질 A 부분이 독성을 나타내므로 내독소(endotoxin)으로 작용할 수 있다.
3. ECA
ECA(Enterobacterial common antigen)는 1962년 Thomas Kuhn과 그 동료들이 E.coli가 인간의 비뇨기관을 통한 감염을 유발하는 것을 연구하면서 발견되었다. G(-) 장내세균에서만 발견되며, N-acetyl-D-glucosamine과 N-acetyl-mannosaminuronic acid를 포함한 산성 다당류이다. E.coli 건조 중량의 0.2%를 차지하며 OM 인지질에 반쯤 공유결합으로 연결되어 있다. 대부분의 항원형에서 교차 반응 결정 인자 (cross-reactive determinant)가 존재한다.
적혈구를 응집시키는 능력에 따라 분류하는 Hemagglutination assay에 의해 E.coli의 145가지 다른 O 항원형이 분석되었다. ECA는 2가지 형태를 지닌다. 열처리되어 죽은 세포가 토끼가 면역력을 갖게 하도록 사용될 때 Ab를 유도하는 Immunogenic 형과, Immunogenic form으로부터 유도되는 Ab에 의해 인식되는 Heptenic 형이 있다.
ECA는 phosphoglyceride에 연결된 구조와 LPS에 연결된 구조, 원형 구조의 의 3가지 구조를 가진다.
4. Capsule
Capsule은 세포벽 외부 구조 중 잘 조직화되어있고 쉽게 떨어져 나가지 않는다. 보통 다당류로 구성되어있지만 단백질 등 다른 물질로 이루어진 경우도 있다. Capsule은 음성 염색법이나 특수한 협막 염색법을 사용하면 광학현미경이나 전자현미경으로 쉽게 관찰할 수 있다. Capsule은 세균의 성장과 번식에 반드시 필요한 것은 아니지만, 세균의 정상적인 서식처에서는 capsule이 다음과 같은 여러 가지 이점을 준다.
1) 병원성 세균이 숙주 식세포의 식세포작용을 피할 수 있게 한다.
2) 많은 물 분자를 함유하고 있어 세균이 건조해지지 않도록 한다.
3) 바이러스나 계면활성제와 같은 소수성 독성물질의 침투를 막는다.
5. Porin protein
LPS의 투과장벽 형성에도 불구하고 외막은 세포막에 비해 단당류와 같은 작은 분자의 물질 투과가 용이하다. 이는 포린 단백질이 있기 때문이다. 대부분의 포린 단백질은 외막에서 서로 밀집되어 3량체를 이룬다. 각각의 포린 단백질은 외막을 가로지르며 관과 같은 모양이다. 이것의 좁고 물이 가득 찬 관은 600달톤 이하의 작은 분자를 통과시킨다