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バクテリアと真菌は、人間の健康に重大な有益なまたは有害な影響を与える可能性のある2つの非常に多様な生物グループです。このため、これらのグループの個々の種を理解し、区別することが重要です。覚えていると思いますが、生物学的分類学者は、系統発生の関連性に基づいて生物をグループ化します。生命の3つの領域、バクテリア、古細菌、真核生物は、生命を3つの異なるグループに分けます。すべての細菌はドメイン内にあります バクテリア、真菌はドメインに見られます 真核菌 (王国菌類)。古細菌に加えて、ドメイン細菌には単細胞の原核生物のみが含まれており、その細胞には核膜と膜結合オルガネラの両方が欠けています。対照的に、Eukaryotaドメインの真菌は膜結合オルガネラを持ち、単細胞生物と多細胞生物の両方を含みます。
バクテリアは地球上のほぼどこにでも存在し、それらが成長する環境に高度に適応しています。その結果、このドメインには驚くほどの多様性が含まれています。これらの生物が人間の健康に与える影響も同様に多様です。たとえば、Streptococcus thermophilusのような種はヨーグルトのような発酵食品の製造に使用できますが、細菌の胞子である炭疽菌は、潜在的に致命的な病気炭疽
の原因です。そのような生物の同定を支援するために、微生物学者は、個々の細胞と細菌のコロニー全体を特徴付けるための無数のテストを開発しました1。細菌を同定する最も一般的な方法の1つは、グラム染色です。このテストでは、着色染料を使用して、細菌の細胞壁の組成を決定します。グラム陽性菌は、ペプチドグリカンと呼ばれるタンパク質で構成された厚い細胞壁を持ち、クリスタルバイオレットと呼ばれる色素を保持しているため、紫色に見えます。対照的に、グラム陰性菌はペプチドグリカンのない細胞壁が薄く、クリスタルバイオレットを保持しません。代わりに、これらの細胞はサフラニンと呼ばれる対比染色のためにピンク色に見えます。グラム染色の使用は、多くの場合、細菌種を同定するための予備的なステップとして機能します。さらに分類するには、追加の特性を特定する必要があります。これには、球菌(丸)、スピリルム(らせん状)、または桿菌(棒状)のいずれかである個々の細菌の形状が含まれます。さらに、細菌のコロニーの色、形、光沢、質感、さらには匂いさえも使用して、種を区別することができます。
Eukaryotaドメインの菌類も生態学的に非常に多様であり、微細な酵母から地球上で最大の生物である蜂蜜菌(Armillaria ostoyae)まで、サイズが異なる場合があります。すべての菌類は従属栄養性であり、環境から食物を獲得しなければならないことを意味します。これらの生物は、特定の活動、ニッチ、および人間の健康への潜在的な影響においても多様性を示します。たとえば、一部の真菌は人間によって消費または食品の生産に使用されますが、他の真菌は重篤または致命的な感染症を引き起こす可能性があります2。
菌類王国内では、種の繁殖戦略に基づいて2つの異なる分類学的区分が存在します。まず、嚢菌として知られる子嚢菌は、子嚢と呼ばれる生殖構造を持っています。一緒に、多くの子嚢が子嚢、または菌類の「子実体」を形成します。これらの真菌は、出芽によって有性生殖または無性生殖を行うことができます。子嚢菌は、ビールの醸造やパンのベーキングに使用される酵母などの経済的に重要な種と、アミガサタケやトリュフなどの料理で人気のある種で構成されています。2番目のグループである担子菌には、担子菌と呼ばれる大きなクラブ状の生殖構造が存在するため、一般に「クラブ菌」として知られている生物が含まれています。子嚢菌とは対照的に、ほとんどのバシドムコタは有性生殖によってのみ繁殖します。これは、2つの一倍体菌糸体が結合して担子果皮を形成するときに発生します。ボタンマッシュルームでは、これがキャップ構造です。担子果皮の下側には、担子と呼ばれる構造が並ぶ鰓と呼ばれる生殖構造が一倍体の核を生成し、最終的に担子胞子を形成します。その後、担子胞子は風によって分散されます。この分類学的区分には、一般的に食べられている多くのボタンマッシュルームと野生のパフマッシュルームが含まれます。
全体として、微生物の多様な機能と特性が、微生物の同定を人間の健康と幸福にとって非常に重要であることは明らかです。これまでに膨大な数の真菌や細菌の種が特定されていますが、さらに数百万種がまだ特定および分類されていないと推定されています。さらに、菌類とバクテリアを探求する人間の分野は、生物自体と同じくらい多様であり、間違いなく成長し続けるでしょう。微生物と医療分野との関連性は、感染性細菌の多剤耐性種が人間の健康を脅かすため、これまで以上に普及しています。感染性および非感染性種の構造と生物学的特性を理解することは、新しい抗生物質治療と予防戦略の創出に必要な重要な洞察を提供します3-4。
微生物学は、食品業界にとっても重要です。ヨーグルト、チーズ、コンブチャ、パン、アルコールなど、数多くの製品が特定のカテゴリーや種の微生物を使用して作られています。同時に、食品科学者は、食品上の不要な微生物の成長を抑える化合物や防腐剤のエンジニアリングに注力しています。これらすべてのプロセスにおいて、微生物がどのように生き残り、繁殖し、環境に影響を与えるかを理解する必要があります。
微生物は、肉眼で見るには小さすぎる生命体と定義されています。しかし、通常は見かけませんが、微生物はいたるところに存在し、消化を助けたり、ヨーグルトやワインを作ったりするなどの良いことから、感染症や病気を引き起こすことまで、あまり良くないことをしています。
感染症といえば、1928年に休暇から研究室に戻ったアレクサンダー・フレミングは、彼の細菌培養プレートの1つに奇妙な真菌の汚染があることに気づきました。興味深いことに、汚染のすぐ周りの細菌コロニーは破壊されていました。この観察結果はさらなる研究につながり、最終的にはペニシリンや細菌感染症を治療できる他の抗生物質の開発につながりました。しかし、彼らはミクロの世界で隣り合って生活しているかもしれませんが、その形態や系統を研究することから、バクテリアと菌類は大きく異なり、多様な生物であることがわかっています。これら 2 つの主要なグループの特徴について簡単に見ていきましょう。
細菌は単細胞原核生物であり、核を持たない単細胞生物であることを意味します。すべての細菌には細胞壁がありますが、その組成と厚さは異なります。グラム陽性菌は、厚いペプチドグリカン層を持つ細胞壁を有しており、グラム染色で結晶紫色分子を容易に保持します。しかし、グラム陰性菌は、外側のリポ多糖膜に囲まれた薄い細胞壁を持ち、対比染色である赤色のサフラニンしか保持しません。グラム染色により、細菌の形状も観察できます。丸い細菌は球菌と呼ばれます。棒状の細菌は桿菌と呼ばれます。そして、らせん状の細菌はスピリラと呼ばれます。さらに、細菌のコロニーは、コロニーの色、形状、サイズなどの形質を使用して、肉眼で特徴付けることもできます。
それでは、菌類を見てみましょう。細菌とは異なり、真菌は真核生物であるため、その細胞は膜結合した細胞小器官と核を持っています。彼らは一般的に、生殖戦略に基づいてグループに分類されます。たとえば、子嚢菌、またはアミガサタケ、ペニシリウム、トリュフなどの嚢菌類には、子嚢と呼ばれる子実体があります。アミガサタケはこれらの構造でいっぱいです。これらを詳しく見ると、アシと呼ばれる小さな構造がたくさんあり、アシには有性生殖で形成される子嚢がたくさん含まれています。しかし、子嚢菌は、細菌と同様に、出芽によって無性生殖することがよくあります。私たちが調べる2番目の主要な真菌グループは、担子菌、またはクラブ菌類です。森のほとんどの食用キノコと有毒なキノコは、実際には担子菌の生殖構造です。このグループでは、キノコキャップと呼ばれるものは、技術的には担子果皮として知られています。鰓菌類では、担子果皮の下の鰓には担子菌と呼ばれる小さな構造物が並んでおり、これらは有性生殖中に担子胞子、つまり微細な生殖胞子を生成します。これらの胞子は、通常、多くの植物の種子と同様に、風によって分配されます。ここでは、いくつかの主要な細菌と真菌のグループと、それらを非常に単純化して定義する特性を調べました。しかし、微生物種は莫大な数にのぼり、多くの推定では1兆種を超えているため、科学者はDNAの検査を含む追加の方法を使用して微生物を特定し、グループ化することがよくあります。
このラボでは、グラム染色を使用してさまざまな細菌種を同定し、コロニーの特性を調べます。また、菌類の種を調べて、その生殖構造を特定します。
