微生物学において、分離とは、生きた微生物の混合集団から1つの菌株を分離する技術である。[ 1 ]これにより、水や土壌などの環境から採取したサンプル、あるいは人や動物から採取したサンプル中の微生物を同定することができる。 [ 2 ]細菌や寄生虫を分離するための実験室技術は19世紀に開発され、ウイルスについては20世紀に開発された。
微生物を分離する実験室技術は、 19 世紀に光顕微鏡を用いて細菌学と寄生虫学の分野で初めて開発されました。1860 年にルイ・パスツールが液体培地の導入に成功しました。パスツールが開発した液体培養により、特定の細菌の増殖を促進または阻害する様子を視覚的に確認できるようになりました。この技術は、マンニトール食塩寒天などのさまざまな培地、固体培地を通して今日でも利用されています。固体培養は、1881 年にロベルト・コッホが寒天を加えて液体培地を固化させたときに開発されました[ 3 ] 。
20世紀以前には、ウイルス学における適切な分離技術は存在しなかった。微生物の分離方法は、過去50年間で劇的に変化した。機械化の進展に伴う労働力の面でも、関連技術の面でも、そしてそれに伴う速度と精度の面でも変化した。

環境中に存在する、例えば水や土壌の微生物叢、あるいは皮膚、口腔、腸内細菌叢を持つ生物など、自然の混合微生物集団から微生物を分離するには、その混合微生物から目的の微生物を分離する必要がある。
従来、微生物は培養され、その増殖特性に基づいて目的の微生物が同定されてきた。液体サンプル中に存在する微生物の予想される密度と生存率に応じて、段階希釈や遠心分離などの物理的方法を用いて濃度勾配を高めることができる。下水、土壌、糞便など、微生物含有量の多い材料から微生物を分離するには、段階希釈によって混合物の分離の可能性が高まる。
微生物がほとんどまたは全く存在しない液体培地において、通常は無菌である領域(脳脊髄液、循環器系内の血液など)から遠心分離を行い、上清をデカントして沈殿物のみを使用することで、細菌や通常は細胞に付着しているウイルスを増殖させて分離できる可能性が高まります。
特に培養が難しい微生物を期待したり探したりする場合は、微生物培養および分離技術をその微生物に合わせて調整する必要があります。例えば、空気に触れると死滅する細菌は、無空気または嫌気性条件下でサンプルを運搬および処理した場合にのみ分離できます。室温にさらされると死滅する細菌(好熱性細菌)は、あらかじめ温めておいた輸送容器が必要であり、綿棒に付着して運搬すると乾燥して死滅する微生物は、培養を成功させるためにはウイルス輸送培地が必要になります。
検査技師は、分離の目的に応じて、特定の固体寒天培地に画線法でサンプルを接種するか、液体培養培地に接種する。
サンプルを選択した培地に接種した後、好気性、嫌気性、微好気性条件、または二酸化炭素(5%)を添加した適切な雰囲気設定、例えばインキュベーター で37℃ 、または低温増菌のために冷蔵庫でといった異なる温度設定、例えば暗所発色性マイコバクテリアの場合は紙で包んで光を遮断するか、または遮光瓶に入れた適切な光、そして異なる細菌は異なる速度で増殖するため、異なる時間で培養されます。増殖速度は数時間(大腸菌)から数週間(マイコバクテリアなど)まで様々です。
定期的に、検査技師と微生物学者は培地を検査し、目に見える増殖の兆候がないか確認して記録します。この検査は、分離株の生存に適した条件下、例えば嫌気性細菌の場合は「嫌気性チャンバー」内、そして特に感染力の強い微生物による感染の危険がない条件下、例えばペスト菌(Yersinia pestis)や炭疽菌( Bacillus anthracis )の場合は生物学的安全キャビネット内で行う必要があります。
細菌が目に見えるほど増殖しても、多くの場合、まだ混ざり合っています。微生物の同定は個々のコロニーの分離に依存しており、微生物のさまざまな生理学的特徴を決定するための生化学的検査は純粋培養に依存しています。サブカルチャーを作成するには、微生物学の無菌操作法を再び用い、ループで寒天表面から単一のコロニーを持ち上げ、その材料を寒天プレートの4つの象限に塗抹するか、コロニーが単一で混ざり合っていないように見える場合は全体に塗抹します。

グラム染色では、一連の染色と脱色ステップの後、細菌が染色される色に基づいて細菌の細胞壁の構成を視覚化できます。[ 5 ]この染色プロセスにより、グラム陰性菌とグラム陽性菌を識別できます。グラム陰性菌は、ペプチドグリカン層が薄いためピンク色に染色されます。細菌がペプチドグリカン層が厚いため紫色に染色される場合、その細菌はグラム陽性菌です。[ 5 ]
臨床微生物学では、特定の微生物に対する様々な染色法が用いられています(抗酸菌染色など)。また、増殖が遅い(抗酸菌染色など)あるいは増殖が困難な(レジオネラ・ニューモフィラ属など)医学的に重要な病原体に対しては、直接免疫蛍光法などの免疫学的染色法が開発されており、検査結果によって標準的な管理や経験的治療が変わる可能性があります。
細菌の生化学的検査では、運動性のある細菌と運動性のない細菌を分離するために、バイアルに入った一連の寒天培地が用いられる。1970年には、分析プロファイルインデックスと呼ばれる小型版が開発された。
細菌を同定する最も迅速な方法は、ポリメラーゼ連鎖反応(PCR)による増幅後、 16S rRNA遺伝子の配列を決定することであり、この方法は分離を必要としません。ほとんどの細菌は従来の方法では培養できないため(特に環境細菌や土壌細菌) 、メタゲノミクスまたはメタトランスクリプトミクス、ショットガンシーケンス、またはPCR指向ゲノムシーケンスが用いられます。マトリックス支援レーザー脱離イオン化飛行時間型質量分析法(MALDI-TOF MS)などの質量分析法を用いたシーケンスは、臨床検体の病原体検出に用いられます。全ゲノムシーケンスは、同定のために十分に特徴付けられない単一の生物の場合には選択肢となります。小型DNAマイクロアレイも同定に使用できます。
微生物学において、分離株とは、混合培養から分離され、純粋培養からも得られた単一の細菌種のことです。その結果、培養中のすべての細菌は同じ種類になります。これにより、生物学者は特定の細菌や細菌を研究し、識別することが容易になります。