微生物学のはじまりと発展 微生物学の基本技術 微生物学のルーツ 19

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微生物学のはじまりと発展
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微生物学の意義は?
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人間の社会生活と微生物学の関わり
• 農業分野
– 窒素固定, 窒素循環, 畜産
• 食品分野
– 食品保存, 発酵食品
• 医療分野
– 疾病診断, 疾病治療, 疾病予防
• 環境分野
– 環境修復, 微生物マイニング
• バイオテクノロジー
– 遺伝子操作生物, 医薬品製造, 遺伝子治療
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微生物学の基本技術
• 顕微鏡観察
• 培養
• 無菌操作・滅菌
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微生物学のルーツ
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微生物の発見
Antony van Leeuwenhoek
1632-1723
• オランダのアマチュア顕微鏡制作者
• ロンドンの王立協会に送った「小動物 “wee animalcules” 」のスケッチが1684年に
発表された。
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19世紀における二つの謎
1.自然発生（spontaneous generation）は起こるか ?
2.伝染病の正体は何か?
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自然発生説の否定
Louis Pasteur 1822-1895
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スワンネックフラスコ (パスツールフラスコ) 実験
滅菌手法の確立
効果的な食品保存法の発達
パスチュライゼーション
病原菌説
Robert Koch
1843-1910
• 炭疽病（anthrax） Bacillus anthracisの研究を通して、コッホの条件 （
Koch’s postulates）を確立した。
• 固形培地上でのコロニー形成による病原菌の分離
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コッホの条件
1. 病気の個体には例外なくその微生物が存在し、健康な個体には存在しない。
2. 病気の個体からその微生物が分離され、純粋培養できる。
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3. その純粋培養によって、健康な個体にその病気を発病させることができる。
4. 発病させた個体から、再びその微生物を分離し、純粋培養できる。
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微生物の地球化学的役割の発見
• Martinus Willem Beijerink (1951-1931)
• Sergei Winogradsky (1856-1953)
– 集積（選択）培養法の確立
– 化学合成独立栄養細菌の発見
– 窒素固定細菌、硝化細菌、硫黄酸化細菌
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海洋微生物学のパイオニアBernhard Fischer
• ドイツキール大学衛生学教授
• 海水と魚エキスの培地を用いて海洋細菌を分離、計数し広く分布を調査し
た。 (1890’s)
– 103-104 CFU ml-1
– 発光細菌 Photobacterium indicum, Pseudomonas phosphorescensの分離
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海洋微生物学の体系化
• スクリプス海洋研究所教授Claude E. ZoBell
• “Marine Microbiology, a Monograph on Hydrobacteriology” (1946)
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海洋での試料採集と分析
海洋細菌の計数法（ZoBell2216E培地）
海洋細菌の分布に影響する要因
海底沈降物における活性
海洋細菌の特性
水生酵母および菌類
有機物の変換
海洋における窒素循環
20世紀初頭の海洋学における細菌群集の位置づけ
• 培養法による海洋細菌の計数値（103-104 CFU ml-1）からは、生態学的に
大きな役割は期待できない。
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新しい方法論の開発と海洋微生物群集の生態学的役割の見直し
• L. R. Pomeroy (1974) 「微生物食物網」
• J. Hobbie (1977) 蛍光顕微鏡による直接計数法
• J. Fuhrman & F. Azam (1980) 放射性チミジン法による海洋細菌群集の増殖速度測
定
• F. Azam (1983) 「微生物ループ」の提唱
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直接計数法
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放射性チミジン法による細菌生産量の見積もり
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チミジン法とロイシン法の概要
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新しい海洋微生物群集の発見
• S. W. Chisholm (1988) 原核緑藻類の発見 Prochlorococcus marinus
• O. Bergh (1989), L. M. Proctor & J. A. Fuhrman (1990) 海水中に多量
のウイルス粒子の発見
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現代の海洋学における海洋微生物群集の位置づけ
• 常に105-107 cells ml-1の細菌現存量を維持し、基礎生産有機物のおよそ半
分程度は、細菌群集に利用される。
• 海洋細菌を含む微生物群集の組成は、時空間的に大きく変動し、その変動
が、海洋における有機物質の循環に大きく影響する。
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海洋生態系の物質循環
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培養に依存しない微生物の研究
分子微生物生態学
• コッホ以来の微生物学の基本手法である培養法では、環境中の微生物群集
の全体像を明らかにすることはできない。
• 多くの新しい微生物系統群の発見
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分子微生物生態学の基本手法
ゲノム科学の微生物生態学への利用
微生物ゲノム生態学
• ゲノム科学の技術を利用して、生態系における微生物群集の遺伝子を網羅
的に解析することによって、その生態系における役割を明らかにする。あ
るいは、新規有用遺伝子を探索する。
• メタゲノム科学（Metagenomics）
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メタゲノム科学の基本手法
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Homework
• Metagenomics（メタゲノム科学）の最近の動向を調べてみよう。
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