バクテリアとは何ですか、そしてそれらは何をしますか？
バクテリアは、他の生物の内外を問わず、あらゆる環境に数百万の生物が存在する、微視的な単細胞生物です。
いくつかのバクテリアは有害ですが、ほとんどは有用な目的を果たします。それらは、植物と動物の両方の多くの形態の生命を支え、産業および医療プロセスで使用されます。
バクテリアは、約40億年前に、地球上に出現した最初の生物であると考えられています。最も古い既知の化石はバクテリアのような生物です。
バクテリアはほとんどの有機化合物といくつかの無機化合物を食物として使用することができ、いくつかは極端な条件に耐えることができます。
腸内細菌叢の機能への関心の高まりは、細菌が人間の健康に果たす役割に新たな光を当てています。
バクテリアとは何ですか？
バクテリアは単細胞生物です。
バクテリアは、植物でも動物でもない単細胞生物です。
それらは通常、長さが数マイクロメートルで、数百万のコミュニティに一緒に存在します。
通常、1グラムの土壌には約4000万個の細菌細胞が含まれています。通常、1ミリリットルの真水には約100万個の細菌細胞が含まれています。
地球には少なくとも5兆個のバクテリアが生息していると推定されており、地球のバイオマスの多くはバクテリアで構成されていると考えられています。
タイプ
バクテリアにはさまざまな種類があります。それらを分類する1つの方法は、形状によるものです。 3つの基本的な形があります。
- 球菌：球のような形をした細菌は球菌と呼ばれ、単一の細菌は球菌です。例としては、「連鎖球菌咽頭炎」を担当する連鎖球菌グループがあります。
- 棒状：これらは桿菌（単数桿菌）として知られています。一部の棒状菌は湾曲しています。これらはビブリオとして知られています。棒状菌の例には、 炭疽菌 (B.炭疽菌）、または炭疽菌。
- スパイラル：これらはスピリルム（単数スピリルム）として知られています。それらのコイルが非常にきつい場合、それらはスピロヘータとして知られています。レプトスピラ症、ライム病、梅毒は、この形の細菌によって引き起こされます。
各形状グループには多くのバリエーションがあります。
構造
細菌の細胞は、植物や動物の細胞とは異なります。バクテリアは原核生物であり、核がないことを意味します。
細菌細胞には以下が含まれます：
- カプセル：いくつかの細菌の細胞壁の外側に見られる層。
- 細胞壁：ペプチドグリカンと呼ばれるポリマーでできている層。細胞壁はバクテリアにその形を与えます。原形質膜の外側にあります。グラム陽性菌と呼ばれるいくつかの細菌では、細胞壁が厚くなっています。
- 原形質膜：細胞壁内にあり、エネルギーを生成し、化学物質を輸送します。膜は透過性です。つまり、物質が膜を通過できます。
- 細胞質：遺伝物質とリボソームを含む原形質膜内のゼラチン状物質。
- DNA：これには、細菌の発生と機能に使用されるすべての遺伝的指示が含まれています。それは細胞質の中にあります。
- リボソーム：これは、タンパク質が作られる、または合成される場所です。リボソームは、RNAが豊富な顆粒で構成された複雑な粒子です。
- べん毛：これは、ある種のバクテリアを推進するための動きに使用されます。複数のバクテリアが存在する可能性があります。
- ピリ：細胞の外側にあるこれらの髪の毛のような付属物は、それが表面に付着し、遺伝物質を他の細胞に移すことを可能にします。これは、人間の病気の蔓延に寄与する可能性があります。
給餌
バクテリアはさまざまな方法で餌を与えます。
従属栄養細菌、または従属栄養生物は、有機炭素を消費することでエネルギーを得ます。ほとんどは、肉の分解など、死んだ有機物を吸収します。これらの寄生細菌のいくつかは彼らの宿主を殺しますが、他のものは彼らを助けます。
独立栄養細菌（または単に独立栄養生物）は、次のいずれかの方法で独自の食物を作ります。
- 日光、水、二酸化炭素を使用した光合成、または
- 二酸化炭素、水、およびアンモニア、窒素、硫黄などの化学物質を使用した化学合成
光合成を利用するバクテリアは光合成独立栄養菌と呼ばれます。シアノバクテリアなどの一部のタイプは、酸素を生成します。これらはおそらく、地球の大気中に酸素を生成する上で重要な役割を果たしました。ヘリオバクテリアなどの他のものは、酸素を生成しません。
化学合成を使用するものは、化学合成独立栄養体として知られています。これらのバクテリアは、一般的に海の通気孔や、アルファルファ、クローバー、エンドウ豆、豆、レンズ豆、ピーナッツなどのマメ科植物の根に見られます。
彼らはどこに住んでいますか？
バクテリアは、土壌、水、植物、動物、放射性廃棄物、地殻の深部、北極の氷河や氷河、温泉に含まれています。成層圏には、大気中の6〜30マイル上、海の深さには32,800フィートまたは10,000メートルの深さまでバクテリアがいます。
好気性菌、または好気性細菌は、酸素がある場所でのみ増殖できます。一部のタイプは、腐食、汚れ、水の透明度の問題、悪臭など、人間の環境に問題を引き起こす可能性があります。
嫌気性菌、または嫌気性細菌は、酸素がない場所でのみ増殖できます。人間では、これは主に胃腸管にあります。それらはまた、ガス、壊疽、破傷風、ボツリヌス中毒、およびほとんどの歯科感染症を引き起こす可能性があります。
通性嫌気性菌、または通性嫌気性細菌は、酸素の有無にかかわらず生きることができますが、酸素がある環境を好みます。それらは主に土壌、水、植生、そして人間や動物のいくつかの通常の植物相に見られます。例としては サルモネラ.
中温性細菌、または中温性細菌は、ほとんどの人間の感染症の原因となる細菌です。それらは約37°Cの中程度の温度で繁栄します。これは人体の温度です。
例としては リステリア菌, ペスドモナスマルトフィリア, Thiobacillusnovellus, 黄色ブドウ球菌, Streptococcuspyrogenes, 肺炎連鎖球菌, 大腸菌、および クロストリジウム・クルイベリ.
人間の腸内細菌叢、または腸内細菌叢には、食事療法などの有益な中温性細菌が含まれています ラクトバチルスアシドフィルス.
極限環境微生物、または極限環境微生物は、ほとんどの生命体にとって極端すぎると考えられる条件に耐えることができます。
好熱菌は75〜80°Cまでの高温で生きることができ、超好熱菌は113°Cまでの温度で生き残ることができます。
海の奥深くでは、バクテリアは温度と圧力の両方が高い熱水噴出孔によって真っ暗闇の中で生きています。彼らは地球の奥深くから来る硫黄を酸化することによって彼ら自身の食物を作ります。
他の極限環境微生物は次のとおりです。
- 塩辛い環境でのみ見られる好塩菌
- 好酸性物質、そのうちのいくつかはpH0と同じくらい酸性の環境に住んでいます
- pH10.5までのアルカリ性環境に生息する好アルカリ菌
- 氷河などの低温で見られる好冷菌
極限環境微生物は、他の生物が生き残れない場所で生き残ることができます。
生殖と変容
細菌は、次の方法を使用して繁殖および変化する可能性があります。
- 二分裂：無性生殖の形態で、新しい細胞壁が中心を通って成長し、2つの細胞を形成するまで細胞が成長し続けます。これらは分離し、同じ遺伝物質で2つの細胞を作ります。
- 遺伝物質の伝達：細胞は、接合、形質転換、または形質導入として知られるプロセスを通じて新しい遺伝物質を獲得します。これらのプロセスにより、細菌がより強力になり、抗生物質の投薬などの脅威に抵抗できるようになります。
- 胞子：ある種のバクテリアが資源が不足しているとき、それらは胞子を形成することができます。胞子は生物のDNA物質を保持し、発芽に必要な酵素を含んでいます。それらは環境ストレスに対して非常に耐性があります。胞子は、適切な条件が発生するまで、何世紀にもわたって不活性のままである可能性があります。その後、それらは再活性化してバクテリアになることができます。
- 胞子は、紫外線（UV）やガンマ線、乾燥、飢餓、化学物質への曝露、極端な温度などの環境ストレスの期間を乗り切ることができます。
一部の細菌は内生胞子または内部胞子を生成しますが、他の細菌は外生胞子を生成し、それが外部に放出されます。これらは嚢胞として知られています。
クロストリジウム 内生胞子形成細菌の例です。約100種あります クロストリジウム、を含む クロストリジウムボツリニム (C.ボツリニム）またはボツリヌス中毒、潜在的に致命的な種類の食中毒の原因、および クロストリジウム・ディフィシル (C.ディフィシル）、大腸炎やその他の腸の問題を引き起こします。
用途
バクテリアはしばしば悪いと考えられていますが、多くは役に立ちます。それらなしでは存在しなかったでしょう。私たちが呼吸する酸素は、おそらくバクテリアの活動によって作られました。
人間の生存
体内のバクテリアの多くは、人間の生存に重要な役割を果たしています。消化器系のバクテリアは、複雑な糖などの栄養素を体が使用できる形に分解します。
非危険細菌はまた、病原性または病気の原因となる細菌が付着したい場所を占めることにより、病気の予防に役立ちます。一部の細菌は、病原体を攻撃することによって病気から私たちを保護します。
窒素固定
バクテリアは窒素を取り込み、死んだときに植物が使用できるように放出します。植物は生きるために土壌に窒素を必要としますが、それを自分で行うことはできません。これを確実にするために、多くの植物の種子には、植物が発芽するときに使用される細菌の小さな容器があります。
食品技術
乳酸菌など 乳酸桿菌 そして ラクトコッカス 酵母やカビ、菌類と一緒に、チーズ、醤油、納豆、酢、ヨーグルト、漬物などの食品を作るために使用されます。
発酵は食品の保存に役立つだけでなく、これらの食品のいくつかは健康上の利点を提供する可能性があります。
たとえば、一部の発酵食品には、胃腸の健康に関連するものと同様の種類の細菌が含まれています。いくつかの発酵プロセスは、抗炎症効果があるように見える乳酸などの新しい化合物をもたらします。
発酵食品の健康上の利点を確認するには、さらに調査が必要です。
産業および研究における細菌
バクテリアは有機化合物を分解することができます。これは、廃棄物処理や油流出や有毒廃棄物の浄化などの活動に役立ちます。
製薬および化学産業は、特定の化学物質の生産にバクテリアを使用しています。
バクテリアは、急速に成長し、操作が比較的簡単であるため、分子生物学、生化学、および遺伝子研究で使用されます。科学者はバクテリアを使って遺伝子と酵素がどのように機能するかを研究します。
抗生物質を作るにはバクテリアが必要です。
バチルスチューリンゲンシス （Bt）は農薬の代わりに農業で使用できる細菌です。農薬の使用に関連する望ましくない環境への影響はありません。
危険
一部の種類の細菌は、コレラ、ジフテリア、赤痢、腺ペスト、肺炎、結核（TB）、腸チフスなど、人間に病気を引き起こす可能性があります。
人体が有用であると認識していないバクテリアにさらされると、免疫系がそれらを攻撃します。この反応は、たとえば感染した傷に見られる腫れや炎症の症状を引き起こす可能性があります。
抵抗
1900年には、肺炎、結核、下痢が米国で最大の3人の殺人者でした。滅菌技術と抗生物質の投薬により、細菌感染症による死亡者が大幅に減少しました。
しかし、抗生物質の乱用は細菌感染症の治療を難しくしています。細菌が変異すると、既存の抗生物質に対する耐性が高まり、感染症の治療が困難になります。バクテリアは自然に変化しますが、抗生物質の乱用はこのプロセスをスピードアップしています。
「新薬が開発されたとしても、行動を変えることなく、抗生物質耐性は大きな脅威であり続けるでしょう。」
世界保健機関（WHO）
このため、科学者や保健当局は、必要な場合を除いて抗生物質を処方しないように、そして人々が良い食品衛生、手洗い、予防接種、コンドームの使用など、病気を予防する他の方法を実践するよう医師に求めています。
腸内細菌叢
最近の研究により、人体が細菌、特に腸内細菌叢または腸内細菌叢として知られる腸管に生息する細菌のコミュニティとどのように相互作用するかについての新たな認識が高まっています。
2009年に、研究者は肥満の女性が特定の種類の細菌を持っている可能性が高いことを示唆する調査結果を発表しました。 セレノモナスノキシア (S.ノクシア), 彼らの口の中で。
2015年、ノースカロライナ大学の科学者は、食欲不振症の人の腸には、食欲不振症のない人と比較して、「非常に異なる」細菌、つまり微生物群集が含まれていることを発見しました。彼らは、これが心理的な影響を与える可能性があることを示唆しています。
歴史
2、000年以上前、ローマの作家、マーカス・テレンティウス・ヴァロは、病気は空中に浮かんでいる小さな動物によって引き起こされる可能性があると示唆しました。彼は、人々に、口や鼻孔から体内に入って病気を引き起こすのを目で見るには小さすぎる昆虫が含まれている可能性があるため、建設作業中は湿地を避けるようにアドバイスしました。
17世紀、オランダの科学者アントニエファンレーウェンフックは、彼が後にバクテリアとして知られる動物のようなものを見たシングルレンズ顕微鏡を作成しました。彼は最初の微生物学者であると考えられています。
19世紀、化学者のルイパスツールとロベルトコッホは、病気は細菌によって引き起こされたと言いました。これは病原菌理論として知られていました。
1910年、科学者のPaul Ehrlichは、最初の抗生物質であるSalvarsanの開発を発表しました。彼は梅毒を治すためにそれを使用しました。彼はまた、染みを使ってバクテリアを検出した最初の科学者でもありました。
2001年、ジョシュア・レダーバーグは「腸内細菌叢」という用語を作り出しました。世界中の科学者は現在、「腸内細菌叢」または人体の細菌の構造、種類、使用法をより正確に説明し、理解しようとしています。
やがて、この研究は幅広い健康状態に新たな光を当てることが期待されています。
