微生物学

微生物学（古代ギリシャ語の μῑκρος ( mīkros ) 「小さい」、βίος ( bíos ) 「生命」、-λογία ( -logía ) 「研究」に由来）は、単細胞（単一細胞）、多細胞（複雑な細胞からなる）、または無細胞（細胞を欠く）の微生物の科学的研究です。 ^[1]^{[2]微生物学には、}ウイルス学、細菌学、原生生物学、菌類学、免疫学、寄生虫学など、多数の分野が含まれます。

真核微生物は膜で囲まれた細胞小器官を持ち、真菌や原生生物が含まれます。一方、原核生物（すべて微生物）は、膜で囲まれた細胞小器官を持たず、細菌や古細菌が含まれると従来分類されています。 ^[3]^[4] 微生物学者は伝統的に、微生物の分離と同定に培養、染色、顕微鏡検査に依存してきました。しかし、一般的な環境に存在する微生物のうち、現在の手段を使用して分離培養できるのは1％未満です。^[5]バイオテクノロジーの出現により、微生物学者は現在、細菌の同定に使用される16S rRNA遺伝子配列などのDNA配列に基づく同定などの分子生物学ツールに依存しています。

ウイルスは、非常に単純な微生物または非常に複雑な分子であると考えられているため、生物としてさまざまな形で分類されてきました^{[6] 。微生物と見なされたことのない}プリオンは、ウイルス学者によって研究されてきましたが、プリオンに起因する臨床的影響はもともと慢性ウイルス感染によるものと推定されていたため、ウイルス学者は調査を行い、「感染性タンパク質」を発見しました。

微生物の存在は、インドのジャイナ教徒や古代ローマのマルクス・テレンティウス・ウァロなどによって、初めて観察される何世紀も前に予測されていました。記録に残る最初の顕微鏡観察は、1666年にロバート・フックがカビの子実体を観察したものですが、イエズス会の司祭アタナシウス・キルヒャーが1658年に牛乳や腐敗した物質の中に微生物を観察したと述べているため、おそらく最初に微生物を目撃した人物です。アントニー・ファン・レーウェンフックは、1670年代に自ら設計した簡単な顕微鏡を使用して微生物の観察と実験を行ったことから、微生物学の父とみなされています。科学的微生物学は、19世紀にルイ・パスツールの研究を通じて、また医学微生物学ではロベルト・コッホの研究を通じて発展しました。

歴史

微生物の存在は、実際に発見される何世紀も前から仮説として立てられてきました。目に見えない微生物の存在は、紀元前6世紀（紀元前599年 - 紀元前527年）には早くもマハヴィーラの教えに基づくジャイナ教によって提唱されていました。 ^[7]^{: 24}ポール・ダンダスは、マハヴィーラが土、水、空気、火の中に生息する目に見えない微生物の存在を主張したと指摘しています。^[7]^{: 88}ジャイナ教の聖典には、ニゴーダについて記述されています。ニゴーダは顕微鏡下にも見えないほど小さな生物で、大きな群れになって生息し、非常に短い寿命を持ち、宇宙のあらゆる部分に遍在し、植物の組織や動物の肉にまで浸透していると言われています。^[8]ローマのマルクス・テレンティウス・ウァロは、沼地の近くに家を建てないように警告する際に微生物について言及した。「そこには目に見えない小さな生き物が繁殖しており、それが空気中に浮遊して口や鼻から体内に入り込み、深刻な病気を引き起こすからである。」^[9]

ペルシャの科学者たちは微生物の存在を仮説として立てた。例えば、アヴィセンナは著書『医学典範』の中で、イブン・ズフルは疥癬ダニを発見し、アル・ラーズィーは著書『高潔な人生』の中で天然痘について最古の記述を残している。^[10] 10世紀の道教の『保生経』には、野菜の種子に似た「無数の微小な有機虫」について記述されており、オランダの中国学者クリストファー・シッパーは「当時の中国人は有害な細菌の存在を知っていた」と主張した。^[11]

1546年、ジローラモ・フラカストロは、伝染病は直接的または間接的な接触、あるいは乗り物による感染を媒介として伝染する種子のような存在によって引き起こされると提唱した。 ^[12]

1676年、人生の大半をオランダのデルフトで過ごしたアントニー・ファン・レーウェンフックは、自ら設計した単レンズ顕微鏡を使用して細菌やその他の微生物を観察しました。^[14]^[2]彼は自ら設計した単純な単レンズ顕微鏡を使用していたため、微生物学の父と見なされています。^[14]レーウェンフックは微生物を観察した最初の人物としてよく挙げられますが、ロバート・フックが1665年にカビの子実体を初めて顕微鏡で観察したという記録があります。 ^[15]しかし、アタナシウス・キルヒャーというイエズス会の司祭が微生物を初めて観察したと言われています。^[16]

キルヒャーは、投影用の幻灯機を最初に設計した人の一人であり、レンズの特性をよく知っていた。^[16]彼は1646年に「顕微鏡で調べた自然界の驚くべき構造について」を執筆し、「酢や牛乳に無数の虫がいっぱいいるなんて誰が信じるだろうか」と述べた。また、腐った物質には無数の這う小動物がいっぱいいることにも気づいた。彼は1658年に「ペスト検査」を出版し、この病気は微生物によって引き起こされると正しく述べたが、彼が見たのはペスト菌そのものではなく、赤血球や白血球だった可能性が高い。^[16]

細菌学の誕生

細菌学（後に微生物学の一分野となる）は、藻類や光合成細菌の研究からバチルスやベギアトアなどいくつかの細菌を記述した植物学者フェルディナント・コーンによって19世紀に創設された。コーンはまた、細菌の分類体系を初めて考案し、芽胞を発見した人物でもある。^[17]ルイ・パスツールとロベルト・コッホはコーンと同時代人で、それぞれ現代微生物学の父^[16]と医療微生物学の父とみなされることが多い。^{[18]パスツールは、当時広く信じられていた}自然発生説を否定するために設計された一連の実験で最も有名であり、それによって微生物学の生物科学としてのアイデンティティを確固たるものにした。^[19]彼の学生の一人、アドリアン・セルテスは海洋微生物学の創始者と考えられている。^{[20]パスツールはまた、}食品保存法（低温殺菌）や炭疽菌、鶏コレラ、狂犬病などのワクチンも考案した。^{[2]コッホは、特定の病気が特定の病原微生物によって引き起こされることを証明した}細菌説への貢献で最もよく知られている。彼は、コッホの原則として知られる一連の基準を開発した。コッホは、純粋培養による細菌の分離に焦点を当てた最初の科学者の一人で、結核の原因菌である結核菌を含むいくつかの新しい細菌を記述した。^[2]

パスツールとコッホは微生物学の創始者とみなされることが多いが、彼らの研究は医学に直接関連する微生物だけに焦点を当てていたため、微生物界の真の多様性を正確に反映してはいなかった。微生物学の真の広さが明らかになったのは、19世紀後半のマルティヌス・ベイエリンクとセルゲイ・ウィノグラツキーの研究によってであった。 ^{[2]ベイエリンクは微生物学に2つの大きな貢献をした。}ウイルスの発見と集積培養技術の開発である。^[21]タバコモザイクウイルスに関する研究はウイルス学の基本原理を確立したが、微生物学に最も直接的な影響を与えたのは集積培養の開発であり、これにより生理学的に大きく異なるさまざまな微生物の培養が可能になった。ウィノグラツキーは化学無機栄養の概念を初めて開発し、それによって微生物が地球化学的プロセスで果たす重要な役割を明らかにした。^[22]彼は硝化細菌と窒素固定細菌の両方を初めて分離し、記述した人物である。^[2]フランス系カナダ人の微生物学者フェリックス・デレルは1917年にバクテリオファージを共同発見し、最古の応用微生物学者の一人でした。^[23]

ジョセフ・リスターは、患者の開放創にフェノール消毒剤を初めて使用した人物である。 ^[24]

支店

微生物学の分野は、応用科学に分類することも、細菌学、真菌学、原生動物学、ウイルス学、藻類学、微生物生態学のように分類法によって分けることもできます。微生物学の特定の分野は、他の分野ともかなり重複しており、これらの分野の特定の側面は、微生物学の伝統的な範囲を超えることがあります^[25]^{[26] 。微生物学の純粋な研究分野は}細胞微生物学と呼ばれています。

アプリケーション

一部の微生物が様々な人間の病気と関連していることから、微生物を恐れる人もいますが、多くの微生物は工業発酵（アルコール、酢、乳製品の製造など）など、数多くの有益なプロセスにも関与しており、抗生物質の生産は植物や動物などの複雑な生物にDNAを移す分子媒体として機能します。科学者たちはまた、微生物に関する知識を利用して、Taqポリメラーゼなどのバイオテクノロジー的に重要な酵素、^{[27]他の遺伝子システムで使用するための}レポーター遺伝子、酵母ツーハイブリッドシステムなどの新しい分子生物学技術を生み出してきました。^[28]

細菌は、アミノ酸、有機酸、ビタミン、タンパク質、抗生物質、および微生物によって生成されるその他の商業的に使用される代謝産物の工業生産に使用できます。コリネバクテリウム・グルタミカムは、主にL-グルタミン酸とL-リジンを年間200万トン以上生産する最も重要な細菌種の1つです。^{[29]一部の細菌は抗生物質を合成する能力を持っているため、}アミノグリコシド系抗生物質を製造するストレプトマイセスなどのように、医療目的で使用されます。^[30]

多糖類、ポリエステル、ポリアミドなどのさまざまなバイオポリマーは、微生物によって生産されます。微生物は、組織工学や薬物送達などの高価値の医療用途に適したカスタマイズされた特性を持つバイオポリマーのバイオテクノロジー生産に使用されます。微生物は、たとえばキサンタン、アルギン酸、セルロース、シアノフィシン、ポリ（ガンマグルタミン酸）、レバン、ヒアルロン酸、有機酸、オリゴ糖、多糖類、ポリヒドロキシアルカン酸の生合成に使用されます。^[31]

微生物は、家庭、農業、産業廃棄物、および土壌、堆積物、海洋環境の地下汚染の微生物分解またはバイオレメディエーションに有益です。各微生物の有毒廃棄物を分解する能力は、各汚染物質の性質によって異なります。通常、現場には複数の種類の汚染物質があるため、微生物分解に対する最も効果的なアプローチは、1つまたは複数の種類の汚染物質の分解に特有の細菌と真菌の種と株の混合物を使用することです。^[32]

共生微生物群は、消化を助け、有益なビタミンやアミノ酸を生成し、病原性微生物を抑制するなど、ヒトや動物の宿主の健康に利益をもたらします。発酵食品、プロバイオティクス（消化器系に有益な可能性のある細菌）、またはプレバイオティクス（プロバイオティクス微生物の成長を促進するために摂取される物質）を摂取することで、いくらかの利益が得られる可能性があります。^[33]^[34]マイクロバイオームがヒトや動物の健康に及ぼす影響、およびマイクロバイオームに影響を与える方法は、活発に研究されている分野です。^[35]

研究により、微生物が癌の治療に有効であることが示唆されている。病原性のないクロストリジウムのさまざまな株が固形腫瘍内に浸潤し、増殖することができる。クロストリジウムベクターは安全に投与することができ、治療用タンパク質を送達する可能性はさまざまな前臨床モデルで実証されている。^[36]

いくつかの細菌は基礎的なメカニズムの研究に利用されています。運動性^[37]や多糖類の産生と発達を研究するために使用されるモデル細菌の例としては、 Myxococcus xanthusがあります。^[38]

参照

専門組織

ジャーナル

参考文献

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外部リンク

微生物学に関する図書館資料

ライブラリ内のリソース

ウィキメディア・コモンズの微生物学関連メディア
ウィキクォートにおける微生物学に関する引用
nature.com 微生物学に関する最新の研究、レビュー、ニュース
Microbes.info は、微生物学の分野に関連する記事、ニュース、よくある質問、リンクなど、膨大なリソースのコレクションを含む微生物学情報ポータルです。
BBCのIn Our Timeにおける微生物学
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