微生物学総論 主要死因別死亡率(人口10万対)の年次推移 1945～2011年 250 悪性新生物 結核 200 脳血管疾患 心疾患 150 100 肺炎 50 0 昭和20年 1945 25 1950 30 1955 35 1960 40 1965 45 1970 50 1975 55 1980 60 1985 平成2 1990 7 1995 12 2000 17 2005 人口動態統計 厚生労働省大臣官房統計情報部 注： 1995年の心疾患の低下および脳血管疾患の上昇は、ICD-10の適用と死亡診断書の改正による影響が考えられる。 23 2010 微生物学１ 細菌学 微生物学２ 真菌学，寄生虫学，ウイルス学 微生物学の歴史 微生物の発見 Antonie van Leeuwenhoek (1632～1723) オランダの織物商 Leeuwenhoekの顕微鏡 詳細な観察記録を報告（1684） 細胞の発見 微生物の発見 微生物自然発生説 細菌やカビの繁殖 栄養分を含む液体 微生物自然発生説の否定 Lazzaro Spallanzani (1729～1799) イタリアの博物学者，実験動物学の祖 加熱，密封 栄養分を含む液体 微生物の発生なし 酸素不足のため ？ 微生物自然発生説の完全否定 Louis Pasteur (1822～1895) フランスの生化学者，微生物学者，近代微生物学の開祖 通気可能 加熱後には微生物が発生しない 微生物自然発生説を実験的に否定（1861） 微生物自然発生説の最終否定 干し草の浸出液は煮沸では滅菌できない 微生物自然発生説の拠り所 John Tyndall (1820～1893) アイルランドの物理学者 間歇加熱法・・・耐熱性胞子をもつ細菌の滅菌法 加熱 発芽 胞子 耐熱性消失 繰り返す 殺菌 生物的過程としての発酵 アルコール発酵への酵母の関与（1837） 糖 エタノール ＋ 二酸化炭素 Pasteurの研究（1857～1876） アルコール製造業における発酵失敗例 糖 乳酸 乳酸菌の発見 実験室で乳酸発酵を再現 乳酸菌 糖 ＋ 炭酸カルシウム 乳酸カルシウムの沈殿 嫌気性菌の発見 Pasteurによる酪酸発酵の研究 糖 酪酸 ＋ 二酸化炭素 ＋ 水素 酪酸菌 酪酸発酵 空気接触で運動性消失 通気により阻害 好気的 aerobic 嫌気的 anaerobic 発酵の生理的意義 Pasteurの酵母を用いた実験 酸素有：好気的呼吸 酸素無：発酵 発酵 二酸化炭素のみ エタノール ＋ 二酸化炭素 糖 糖 嫌気条件におけるエネルギー供給経路 通性嫌気性菌 facultative anaerobes 偏性嫌気性菌 obligate anaerobes H. Buchnerの実験（1897） 酵母抽出液 ＋ 糖 エタノール ＋ 二酸化炭素 発酵は化学反応である 生化学 病原微生物学の歴史 伝染病の解釈 ギリシア時代 ミアスマ説・・・汚れた悪い空気 Girolamo Fracastoro （1478～1553） イタリアの天文学，地質学，医学者・・・彗星，化石の研究 コンタギオン説・・・患者との接触による伝染 梅毒，チフスの命名 14～15世紀 ペストの大流行 15世紀末 梅毒の流行 免疫による感染症予防 免疫・・・病気に一度かかると二度と同じ病気にかからない現象 Edward Jenner (1749～1823) イギリスの医学者 牛痘（ウシの天然痘）の感染者は天然痘にかからない 牛痘感染者の膿を接種 種痘による天然痘予防法の確立（1798） 消毒法の確立 Joseph Lister (1827～1912) イギリスの外科医 外科的敗血症 surgical sepsis 手術器具の滅菌 フェノールによる患部消毒 敗血症防止 Listerの外科的制腐法（1867） 病原微生物の発見 Remakによる黄癬菌の発見（1837） 小児黄癬から感染性糸状菌（Trichophyton schoenleinii）を発見 Davaineによる炭疽の研究（1863～1868） 炭疽にかかった動物 血液中に桿状の細菌 血液を動物に接種 炭疽を発症 Robert Koch（1843～1910） ドイツの医師，細菌学者，近代細菌学の開祖 マウス炭疽の脾臓から桿菌を分離・・・炭疽菌（Bacillus anthracis） 無菌血清中で培養 桿菌の増殖 発病 発芽 胞子形成 ８代継代 動物に接種 同じ桿菌の分離 Koch's postulates（コッホの条件） ある微生物が特定の病気の病原体であるとする論拠 ・特定の病気の感染者には例外なく特定の微生物が存在する ・病気の宿主からその微生物が分離され，純粋培養できる ・その純粋培養を健康体に接種した時，特定の病気を発病する ・実験的に感染させた宿主から，再びその微生物が分離される 純粋培養技術の発展 希釈法 混合菌の液体培養を希釈 単細胞培養 非常に困難で再現性乏しい 野口英世 Koch ゼラチン培地上でのコロニー分離 画線法，混合平板法 ゼラチン（タンパク質） 寒天培地の開発 微生物による分解 28゜Cで液化 濾過性病原体（ウイルス）の発見 Iwanowskyによるタバコモザイク病の研究（1892） 細菌用の濾過材を通過する 光学顕微鏡では検出できない 培地中では増殖できない Stanleyによるタバコモザイクウイルスの結晶化（1935） 電子顕微鏡によるウイルスの撮影（1942） 化学療法薬の発見 Paul Ehrlich（1854～1915） ドイツの細菌学者，生化学者，化学療法の父 NH2• HCl HCl•H2N HO As As OH サルバルサン（1909） 梅毒トレポネーマ（Treponema pallidum）に有効 ヒトの梅毒に有効・・・世界初の化学療法薬 サルファ薬の発見 Gerhard Domagk（1895~1964） ドイツの病理学者，細菌学者 レンサ球菌（Streptococcus pyogenes）感染マウスを用いたスクリーニング H2N N N SO2NH2 NH2 プロントシル・ルブラム H2 N SO2NH2 スルファミン（1935） ペニシリンの発見 Alexander Fleming（1881~1955） イギリスの細菌学者，リゾチームの発見 Penicillium nonatum が生産する抗ブドウ球菌物質 ペニシリン（1929） 化膿レンサ球菌（Streptococcus pyogenes） 肺炎球菌（Streptococcus pneumoniae） 抗菌作用，毒性なし ペニシリンの再発見 Howard Florey（1898~1968） & Ernst Chain（1906~1979） Oxford大学の研究グループ ペニシリン研究再開（1938） 粗精製ペニシリン（2%）がブドウ球菌感染マウスに有効（1940） ペニシリンの臨床試験（1941） ペニシリン発酵法の改良と大量培養（1941） ペニシリンGの構造決定（1945） O H H S N H N CH3 CH3 O COOH ペニシリンG（ベンジルペニシリン） ストレプトマイシンの発見 Selman Waksman（1888~1973） アメリカの生化学者，微生物学者 NH HN HO HN H2N O NH O CHO H3C OH O HO NH2 OH OH ストレプトマイシン（1944） Streptomyces griseusが生産し， 結核菌を含むグラム陰性・陽性菌に対して 幅広い抗菌スペクトル 微生物が生産する抗菌性物質 O HO NHCH3 HO 抗生物質 病原微生物学における日本人の活躍 北里柴三郎（1853～1931） 破傷風菌の純粋培養 破傷風の抗毒素発見（1890） ペスト菌の発見 志賀潔（1871～1957） 赤痢菌の発見（1897） 野口英世（1876～1928） 蛇毒の研究 病原性梅毒スピロヘータの純粋培養？ 梅毒スピロヘータの病原性証明 小児麻痺の病原体発見？ 狂犬病の病原体発見？ 黄熱病の病原体発見（1918）？ オロヤ熱病原体同定 トラコーマ病原体発見？ 生態系と微生物 食物連鎖 太陽光 生産者 植物 無機物 捕食 第一次消費者 草食動物 捕食 第二次消費者 肉食動物 有機物 死骸 排泄物 微生物 分解者 窒素循環 排泄（動物） 有機態窒素 分解（微生物） 窒素同化 （植物） 窒素固定 （根粒菌） 窒素 N2 アンモニア NH3 脱窒 （脱窒菌） 硝化 （亜硝酸菌） 硝酸還元（脱窒菌） 硝酸 NO3－ 亜硝酸 NO2－ 硝化（硝酸菌） バイオレメディエーション （bioremediation ） 微生物等の働きを利用して汚染物質を分解等することによって 土壌地下水等の環境汚染の浄化を図る技術 汚水処理 活性汚泥・・・好気性微生物群を多く含む浮遊性の泥 有機物を分解・沈降 微生物の分類 微生物の生物学上の位置 細菌 真性細菌 古細菌 真菌 糸状菌（カビ） キノコ・・・子実体形成 酵母 原核生物 放線菌・・・菌糸 バイキン（黴菌） 原生動物 粘菌 Pneumocystis carinii 微細藻類 ラン藻（シアノバクテリア） （ウイルス） 初期の微生物分類（1800年頃） 植物 藻類（非運動性，光合成性） 真菌（非運動性，非光合成性） 動物 Infusoria（運動性の顕微鏡的生物） 細胞説（1840年頃） Infusoria 微細無脊椎動物 原生動物 細菌 微生物を植物界と動物界に配分しようとした最後の試み（1860年頃） 動物 小型後生動物 輪虫類 線虫類 節足動物 原生動物 繊毛虫類 鞭毛虫類 アメーバ状原生動物 競合した群 植物 藻類（光合成性） 光合成鞭毛藻類 粘菌類 非運動性種 真菌（非光合成性） 真菌類 細菌類 Haeckelが提唱した３界説（1866） 動物 脊椎動物，無脊椎動物 植物 種子植物，シダ植物，コケ植物 原生生物 藻類，原生動物，真菌，細菌 真核生物と原核生物（1950年頃） 真核生物 動物，植物，藻類， 高等原生生物・・・藻類，原生動物，真菌 原核生物 下等原生生物・・・ラン藻類，細菌 Woeseが提唱した３ドメイン説（1990） 真核生物 Eukarya 動物，植物，藻類，原生動物，真菌 細菌（真正細菌） Bacteria 細菌，ラン藻類，リケッチア，クラミジア，マイコプラズマ 原核，細胞の化学組成は真核生物に類似 古細菌 Archaea 原核，独特な細胞の化学組成 16Sおよび18S rRNA配列に基づく生物の系統樹 緑色硫黄細菌 細菌 クラミジア ラン藻類 Bacteroidetes スピロヘータ 放射線抵抗性菌群 グラム陽性菌 緑色非硫黄細菌 グラム陰性菌 好熱嫌気性菌 高度好塩菌 胞子虫類 メタン産生菌群 鞭毛虫類 粘菌類 繊毛虫類 古細菌 真核生物 動物 真菌 植物 高度好温菌 O O O O HO OPO3HR 真正細菌の膜リン脂質 真核生物の膜ステロイド OH OH O O OPO3HR 古細菌の膜リン脂質 古細菌の膜ホパノイド OH OH 真核生物 細菌 古細菌 細胞構造 真核 原核 原核 膜脂質 脂肪酸エステル 脂肪酸エステル ポリイソプレノールエーテル ステロイド － ホパノイド 核膜 ＋ － － ミトコンドリア ＋ － － 小胞体 ＋ － － ゴルジ体 ＋ － － 葉緑体 ± － － 微小管 ＋ － － 染色体数 ＞１ １ １ イントロン ＋ － ± リボソーム 80S 70S 70S
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