基礎微生物学～最近の代謝と増殖/感染症学

細菌の代謝と増殖／感染症学
微生物学概論
A.
微生物学の基本
d. 細菌の代謝
e. 細菌の増殖
⑥細菌の主要な代謝経路を産物を列挙する。
⑦呼吸と発酵の違いを説明する。
⑧細菌の増殖曲線を説明する。
B. 感染症学
a. 微生物と宿主の関係
b. 宿主の防御因子
①微生物と宿主の関係を列挙する。
②共生、偏共生、寄生の違いを説明する。
③感染と発症の違いを説明する。
④微生物の感染に対する宿主の防御因子を説明する。
微生物の基本
細菌の代謝／増殖／主要な代謝経路とその産物
細菌はどうやって
運動エネルギーを得るか
細菌だけでなく、全ての生物の生命現象は利用可能
な運動エネルギー（ATP）を蓄積し、これを利用する
ことの繰り返しで行われる。
●独立栄養菌；無機物質（H+, H2S, Fe2+, NH3+）を利用し
てATPをつくる。
●従属栄養菌；有機物質（糖、脂肪酸、アミノ酸）を
利用してATPをつくる。
⇒ ヒトや動物に関わる常在菌と病原菌
細菌が必要とする栄養素
●炭素化合物；糖、糖の中間代謝産物（乳酸、
ピルビン酸、マロン酸など
●窒素化合物；アミノ酸など
●無機塩類；Ca2+, Mg2+, Na+, Fe2+
●ビタミン；ビタミンB1,ビタミンB2,ビタミンB6,
ビタミンK(メナジオン）、ビオチン、ヘミン、
葉酸、ニコチン酸アミド、ニコチン酸アミド
ヌクオレチド（NAD）
細菌の発育に
必要な条件１
1）酸 素
●好気性；酸素がないと発育できない
●通性嫌気性；酸素があってもなくて
も発育できる
●嫌気性；酸素があると発育できない
この他、微好気性、酸素耐性、CO2
要求性
細菌の発育に
必要な条件２
2）pHと塩濃度
●pH；一般的に至適pHは中性から弱アルカリ性
（ pH7.4付近）
ただし、乳酸桿菌；酸性を好む
コレラ菌；ややアルカリ性を好む
●塩濃度；通常は塩濃度は浸透圧を等張にするために加
える。
例外的に腸炎ビブリオなど海水と同程度の塩濃度を好
むものあるいはブドウ球菌や腸球菌のように塩濃度に
耐性があるものも存在する。
細菌の発育に
必要な条件３
3）温度
ヒトや哺乳動物に常在する/病原性のある細菌の至適温
度は37℃付近
ただし、高温や低温で発育可能な細菌も存在する。
４）酸化還元電位
pH７の酸化還元電位を標準にして値が小さいほど酸素
が少ない状態。したがって、嫌気性菌は酸化還元電位
が低い状態を要求し、-200mV以下で増殖可能となる。
細菌の増殖
細菌の増殖
必要な栄養源と発育に適した条件が整う
と細菌は発育／増殖する。
培地；人工的に増殖させるため、目的と
する細菌に必要な栄養源を全て含む。
実際の培養には目的とする細菌の求める
条件を見たさねばならない。
細菌の発育（増殖）曲線
濁度
菌
数
；
対
数
定常期
死滅期
生菌数
対数増殖期
誘導期
時間
*定常期の菌数；およそ109／ml
世代時間
１個の細菌が２個になるのに要する時間
●発育の早い菌（大腸菌）；15〜20分
●発育の遅い菌（結核菌）； 24時間
細菌の代謝
細菌の代謝
代謝とは全ての生物が生きるために行う化
学反応のことを指す。
●生体成分の生合成の過程（同化＝合成）
●エネルギーを調達する過程（異化＝分解）
エネルギーの産生
酸化・還元反応によって作られ、作ら
れたエネルギーはアデノシン３リン酸
（ATP）として蓄えられる。
糖からのエネルギー産生の経路を例に
とると、
まず解糖系（エムデン・マイヤーホー
フ回路）でピルビン酸までつくられる。
この後・・・・
解糖系のあとひきつづき
●発酵；酸素のない嫌気的環境で酸化
する方法＝放出された電子と水素に
よって有機物が還元される。
●呼吸；有機物の酸化によって放出さ
れた電子と水素は無機分子（酸素）
に渡される。
発 酵
細菌によってバラエティに富んだ発酵
経路がある
●アルコール発酵
●乳酸発酵
●酢酸発酵
●コハク酸発酵 など
呼 吸
呼吸には
●前半；TCA（クレブス、クエン酸）回路
●後半；電子伝達系
最終代謝産物は炭酸ガス（CO2）と水に
なり、発酵のようなバラエティはない。
発酵より呼吸の方が効率が良い
エネルギー産生効率は発酵より呼吸
の方が良い。
ブドウ糖１分子から作られるATP分子
呼吸；36分子
発酵；2分子
*通性嫌気性菌の中には状況に応じて
呼吸と発酵を使い分けることができ
るものがいる。
感染症学
微生物とヒトとの関係は？
ヒト；宿主、Host
微生物と宿主との関係
常在微生物
●共生関係
●偏共生関係
●寄生関係
病原微生物／病原体
常在微生物と宿主との関係
●共生関係
●偏共生関係
原則としてヒトに有利に働くが
しかし、例外もある！
→日和見感染
感染症とは
感染症の成立
寄生体側；病原性、ビルレンス、毒力、菌力
微生物
寄生体
ヒト
宿
宿主側；生体防御力、免疫力
主
感染と発症の違い
●感染；微生物が宿主に付着し、その場
に定着、増殖した状態
*感染と汚染との違いは？
●発症（発病）；感染後に宿主に病的な
変化や不都合が生じた状態
*不顕性感染とは？
感染が発症に至る経緯
潜伏期
侵
入
経
路
病
原
体
感染経路
発
症
感染の成立
不
顕
性
感
染
*治療
*免疫
死
亡
治
癒
*症状
*排菌
慢
性
化
健
康
保
菌
者
病
後
保
菌
者
感染と発症に関わる因子；
宿主側
●感受性；年齢、性、種（人種）
●生体防御力
＊非特異的 : 自然免疫；生まれつき
持っているもの
＊特異的：獲得免疫；生後、罹患し
た感染症やワクチン接種などで獲得し
たもの
宿主の生体防御力
ヒトを含めた全ての多細胞生物はもとも
と微生物が存在する環境に生まれた
その過程で自分自身（自己）を守る
システムを作りあげた
２年生後期；基礎免疫学
４年生前期；生体防御の仕組み
宿主の生体防御力の種類
第１のバリア
非特異的感染防御機構；
●体表および体腔表面のバリア
＊皮膚組織／粘膜上皮の物理的バリア
＊涙、尿、唾液などの洗い流し作用
＊気道粘膜の繊毛による排除作用
＊常在微生物叢による排除作用
第２のバリア
非特異的感染防御機構；
●自然免疫
＊細胞性因子；食細胞（好中球とマク
ロファージ）
＊液性因子；体液中の抗菌／殺菌物質
自然免疫の細胞因子
●おもに外来から侵入した異物に対応す
るのが食細胞
＊白血球；好中球、好酸球、好塩基球
＊マクロファージ
●内部で異物化した細胞に対応する；
＊ナチュラルキラー（NK）細胞
＊γ θ T細胞
食細胞
リゾチーム
ラクトフェリ
ン
ディフェンシ
ン
食細胞に存在する特別な
異物認識機構
 Toll様受容体（Toll-like receptor：TLR）は食細
胞表面にある受容体の役目をもつタンパクで、
種々の病原体を感知して自然免疫を作動させ
る機能がある。TLRが認識するのは病原体に存
在し、しかも病原体に特異的な（宿主にはな
い）パターン、例えば、ぺぷチドグリカン、
LPS、リポタンパク、、鞭毛（フラジェリン）、
ウイルスRNA/DNAなどを認識する。
＊もともとToll遺伝子はショウジョウバエの背腹軸の決定に必要な
遺伝子として見いだされた。ショウジョウバエではこの役目だけ
でなく真菌感染に対する免疫として重要な働きをもつ。
自然免疫の液性因子
●体液中の抗菌／殺菌物質
＊補体
＊リゾチーム
＊ラクトフェリン／トランスフェリン
＊ディフェンシン
下線は唾液中の抗菌物質
補体; complement
血清中に存在する９種（C1~C9）と
１１成分、合計２０種類のタンパク
●特異的、非特異的の両面から生体防御
に関わる。
●病原体などを殺したり、炎症反応を起
こす。
第３のバリア
特異的感染防御機構；
獲得免疫
非特異的感染防御機構を突破し、侵入し
てきた微生物に対して、それを特異的
に認識し、排除するシステム
●細胞性免疫
● （体）液性免疫
獲得免疫に関わる細胞性／液性因子
●細胞性因子；
・樹状細胞／マクロファージ
・リンパ球（T細胞、B細胞）
●液性因子；
・抗 体
・サイトカイン
細胞性免疫
T細胞が中心となる免疫反応
ターゲット；寄生虫、真菌、ウイルス感染細胞、
結核菌などの細胞寄生性細菌、移植片
・比較的大きな微生物
・異物化した宿主の細胞
・細胞内寄生性細菌（結核菌、チフス
菌、リステリア菌）
（体）液性免疫
抗原に対応して産生された抗体が中心と
なって起こる免疫反応
ターゲット；細菌毒素や酵素、細胞外寄生細菌（結核
菌、チフス菌、リステリア菌以外のほとんど全ての
細菌）
・低分子可溶性抗原
・細胞外寄生細菌
抗体＝免疫グロブリン
●IgA；体液（唾液、乳中、涙など）に多い。
●IgE；花粉症などのアレルギーに関係する。
●IgD；働きが明確でない。
●IgG；血清中にもっとも多く生体防御の中心
となる。
●IgM；感染初期に産生され、一部の活性は
IgGより高い。
プレ／ポストテスト；4/15/15
正しいのはa、誤っているのはbにマークしてください。
1 通性嫌気性菌は酸素があると発育できない。
2 細菌の増殖曲線は誘導期→対数期→定常期→死滅期の順である。
3 世代時間とは1個の細菌が2個になるのに要する時間である。
4 発育の早い細菌が1個から2個になるのにおよそ24時間かかる。
5 呼吸の最終代謝産物はアルコールである。
6 発酵より呼吸の方がエネルギ−産生効率が良い、
7 ヒトと常在微生物の関係は共生関係である。
8 原則として常在微生物は感染症を起こさない。
9 感染とは微生物によって病的な変化が起こった状態を指す。
10 不顕性感染したヒトから他のヒトへ感染は起こらない。
11 健康な皮膚や粘膜は感染防御のバリヤーになりうる。
12 食細胞は自然免疫の細胞性因子である。
13 食細胞には特別な異物認識機構が存在する。
14 補体は獲得免疫にのみ関係する液性因子である。
15免疫グロブリンには５つのクラス（５種類）がある。