細菌は、何百万人にも、あらゆる環境において、他の生物の内部および外部に存在する微視的な単細胞生物です。
いくつかの細菌は有害であるが、大部分は有用な目的に役立つ。彼らは植物や動物のいろいろな生活様式をサポートしており、工業プロセスや医薬品プロセスに使用されています。
細菌は、約40億年前に地球に出現する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細菌様の生物である。
細菌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、あるものは極端な条件下で生き残ることができます。
腸内微生物の機能に関心が高まっていることから、細菌がヒトの健康に果たす役割についての新たな光が浮かび上がっています。
細菌とは何ですか？
細菌は、植物でも動物でもない単細胞生物である。
彼らは通常、数マイクロメートルの長さを測定し、一緒に数百万のコミュニティに存在します。
1グラムの土壌は、典型的には約4,000,000個の細菌細胞を含む。 1ミリリットルの真水は、通常、約100万個の細菌細胞を保持する。
地球は少なくとも5億個の細菌を保持す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
多くの異なる種類の細菌が存在する。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。
- 球形：球のような形の細菌は球菌と呼ばれ、単一の細菌は球菌です。その例には、連鎖球菌群（Strep throat）の原因となる連鎖球菌群が含まれる。
- 棒状：これらは桿菌（単細胞）と呼ばれます。いくつかの棒状の細菌は湾曲している。これらはビブリオと呼ばれます。棒状菌としては、炭疽菌（Bacillus anthracis）（炭疽菌）、または炭疽菌が挙げられる。
- スパイラル：これらはスピリラ（単螺旋）として知られています。彼らのコイルが非常にタイトなら、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、および梅毒は、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
細菌細胞は、植物細胞および動物細胞とは異なる。細菌は原核生物であり、核を持たないことを意味する。
細菌細胞は、
- カプセル（Capsule）：細菌の細胞壁の外側にある層。
- 細胞壁（Cell wall）：ペプチドグリカン（peptidoglycan）と呼ばれるポリマーからなる層。細胞壁は細菌にその形状を与える。原形質膜の外側に位置する。細胞壁は、グラム陽性細菌と呼ばれるいくつかの細菌ではより厚い。
- プラズマ膜：細胞壁内に存在し、これはエネルギーを生成し、化学物質を輸送します。膜は透過性であり、これは物質がそれを通過できることを意味する。
- 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：これは、細菌の発達と機能に使用されるすべての遺伝的指示を含んでいます。それは細胞質の内側に位置しています。
- リボソーム（Ribosomes）：これはタンパク質が作られ、合成される場所です。リボソームは、RNAが豊富な顆粒からなる複合粒子である。
- 鞭毛：これは運動のために使用され、いくつかのタイプの細菌を推進する。複数の細菌を持つことができる細菌がいくつかあります。
- Pili：細胞外のこれらの髪のような付属物は、表面に付着して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拡大に寄与することができます。
給餌
細菌は様々な方法で栄養を与えます。
異種栄養細菌または従属栄養細菌は、有機炭素を消費することによってエネルギーを得る。大部分は、肉を分解するような、死んだ有機物質を吸収する。これらの寄生虫の中には宿主を殺すものもあれば、宿主を助けるものもあります。
独立栄養細菌（または独立栄養細菌）は、次のいずれかを介して、自分の食物を作る：
- 太陽光、水および二酸化炭素を使用する光合成、または
- 二酸化炭素、水、アンモニア、窒素、硫黄などの化学物質を使用する化学合成
光合成を利用する細菌は、光合成独立栄養菌と呼ばれます。シアノバクテリアのようないくつか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の酸素を作り出す上で極めて重要な役割を果たしたでしょう。ヘリオバクテリアなどの他のものは、酸素を生成しない。
化学合成を使用するものは化学共生栄養物質として知られている。これらの細菌は、アルファルファ、クローバー、エンドウ豆、豆、レンズ豆、およびピーナッツなどの海洋通気口および豆腐の根の中に一般に見出される。
彼らはどこに住んでいますか？
細菌は土壌、水、植物、動物、放射性廃棄物、地球の地殻の深いところ、北極の氷や氷河、温泉などに見られる。成層圏には大気中で6〜30マイル、海底では32,800フィートまたは10,000メートルの深さのバクテリアが存在します。
アエロベス、または好気性細菌は、酸素が存在するところでのみ増殖することができます。いくつかのタイプは、腐食、汚損、水の透明度の問題、および悪臭のような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、酸素がないところでのみ生育することができます。ヒトでは、これは主に胃腸管にある。彼らはまた、ガス壊疽、破傷風、ボツリヌス中毒症、およびほとんどの歯の感染を引き起こす可能性があります。
通性嫌気性細菌または通性嫌気性細菌は、酸素の有無に関わらず生存できるが、酸素が存在する環境を好む。彼らは大部分が土壌、水、植生、人間と動物のいくつかの正常な植物に見られます。例には、サルモネラが含まれる。
中胚葉、または中温菌は、ほとんどのヒト感染に関与する細菌である。彼らは摂氏37度前後の適度な温度で繁栄します。これは人体の温度です。
例としては、リステリア・モノサイトゲネス、ペドドモナス・マルトフィリア、チオバチルス・ノベラス、スタフィロコッカス・アウレウス、
ヒトの腸内細菌叢または腸内微生物は、食餌性乳酸菌（Lactobacillus acidophilus）のような有益な中温性細菌を含む。
Extremophiles、またはextremophilic細菌は、ほとんどの生命体のためにあまりにも極端に考慮される条件に耐えることができます。
好熱菌は最高75〜80℃の高温で生息し、超高温菌は113℃までの温度で生き生きとします。
海洋の深いところで、細菌は温度と圧力の両方が高い温熱通気孔によって完全に暗闇の中に住んでいます。彼らは地球の深いところから来る硫黄を酸化することで自分の食べ物を作る。
他の極限物質には、
- 好塩性環境でしか見いだされない好塩菌
- 酸性雨林、その一部はpH0のような酸性環境
- pH 10.5までのアルカリ性環境下で生活するアルカリ性物質
- 冷たい気温で、例えば氷河の中で見られる
Extremophilesは他の生物ができないところで生き残ることができます。
再現と変形
細菌は、以下の方法を用いて複製および変更することができる：
- バイナリー分裂：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、細胞が増殖し続ける無性生殖形態。これらは別々のもので、2つの細胞を同じ遺伝物質で作る。
- 遺伝物質の移入：細胞は、コンジュゲーション、トランスフォーメーション、または形質導入として知られているプロセスを通じて新しい遺伝物質を獲得する。これらのプロセスは、バクテリアをより強くし、抗生物質投薬のような脅威にさらに耐えることができる。
- 胞子：ある種類の細菌が資源が不足していると、胞子を形成する可能性があります。胞子は生物のDNA材料を保持し、発芽に必要な酵素を含む。彼らは環境ストレスに非常に強いです。適切な条件が生じるまで、胞子は何世紀もの間不活性のままでいます。それから彼らは再活性化して細菌になることができます。
- 胞子は、紫外線（UV）およびガンマ線、乾燥、飢餓、化学暴露、極端な温度など、環境ストレスの期間中生き延びることができます。
いくつかの細菌は内生胞子または内胞子を産生するが、他の細菌は外胚葉を産生し、外に放出される。これらは嚢胞として知られています。
クロストリジウムは、内生胞子形成細菌の例である。 Clostridium botulinim（ボツリヌム菌）またはボツリヌス中毒症（潜在的に致命的な食中毒の原因となる）およびClostridium difficile（C. Difficile）などの約100種があり、大腸炎および他の腸の問題を引き起こす。
用途
細菌はしばしば悪いと考えられていますが、多くは有用です。私たちは彼らなしでは存在しません。私たちが呼吸する酸素はおそらく細菌の活動によって作られたものです。
人間の生存
体内の細菌の多くは人間の生存に重要な役割を果たします。消化器系の細菌は、複雑な糖などの栄養素を身体が使用できる形に分解します。
非有害な細菌はまた、病原性の細菌または病原菌が付着したい場所を占有することによって病気を予防するのにも役立ちます。いくつかの細菌は、病原体を攻撃することによって病気から私たちを守っています。
窒素固定
細菌は窒素を取り込み、死ぬと植物のために放出されます。植物は土壌に窒素を入れて生きる必要がありますが、自分ではできません。これを確実にするために、多くの植物種子は、植物が発芽するときに使用される細菌の小さな容器を有する。
食品技術
ラクトバチルスやラクトコッカスなどの乳酸菌や酵母やカビなどの菌類や真菌は、チーズ、醤油、納豆、発酵大豆、酢、ヨーグルト、ピクルスなどの食品の調製に使用されます。
発酵は食品の保存に有用なだけでなく、これらの食品の中には健康上の利益をもたらすものもあります。
例えば、いくつかの発酵食品は、胃腸の健康と関連したものと類似の細菌のタイプを含む。いくつかの発酵プロセスは、抗炎症効果を有すると思われる乳酸などの新しい化合物をもたらす。
発酵食品の健康上の利点を確認するためには、より多くの調査が必要です。
産業と研究における細菌
細菌は有機化合物を分解することがあります。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、特定の化学物質の製造において細菌を使用する。
細菌は、分子生物学、生化学および遺伝子研究に使用されます。なぜなら、それらは迅速に増殖し、操作が比較的容易であるからです。科学者は、遺伝子や酵素の働きを調べるためにバクテリアを使用しています。
抗生物質を作るためには細菌が必要です。
Bacillus thuringiensis（BT）は、農薬の代わりに農業で使用できる細菌です。農薬の使用に伴う望ましくない環境上の影響はありません。
ハザード
いくつかの種類の細菌は、コレラ、ジフテリア、赤痢、胸部ペスト、肺炎、結核（TB）、腸チフスなどのヒトの病気を引き起こすことがあります。
人体が有用であると認識しない細菌に人体が暴露されると、免疫系がそれらを攻撃します。この反応は、例えば、感染した創傷で見られる腫脹および炎症の症状につながる可能性がある。
抵抗
1900年には、米国で肺炎、結核、下痢が3大死亡者でした。滅菌技術および抗生物質の薬物療法は、細菌性疾患による死亡を著しく減少させている。
しかし、抗生物質の過剰使用は、細菌感染を治療することをより困難にしている。細菌が変異するにつれて、それらは既存の抗生物質に対してより耐性になり、感染症を治療するのをより困難にする。細菌は自然に変形しますが、抗生物質の過剰使用はこのプロセスをスピードアップしています。
「行動が変わることなく新しい薬が開発されたとしても、抗生物質耐性は依然として大きな脅威になる」と語った。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医師に求めており、食糧衛生、手洗い、予防接種、安全なセックスなど、病気の予防方法を実践しています。
腸ミクロバイオーム
最近の研究は、人体が細菌、特に腸管に住む細菌（腸内微生物叢または腸内細菌叢として知られている）と相互作用する方法の新たな、そして増大する欲求につながっている。
2009年に、研究者らは、肥満の女性が特定の種類の細菌性酸化窒素酸化症を口に有する可能性が高いことを示唆した所見を発表した。
2015年に、ノースカロライナ大学の科学者は、食欲不振の人々の腸は、状態を持たない人々と比較して、「非常に異なる」バクテリアまたは微生物コミュニティーを含むことを発見した。彼らはこれが心理的な影響を与えるかもしれないことを示唆している。
歴史
2,000年以上前、ローマ人の著書「Marcus Terentius Varro」は、空気中に浮遊している小さな動物によって病気が引き起こされる可能性があると示唆しました。彼は、人が口と鼻孔を通して体内に入り、病気を引き起こす目には小さすぎる昆虫を含むかもしれないので、建築作業中に湿地を避けるよう人々に勧めました。
17世紀には、オランダの科学者Antonie van Leeuwenhoekが単レンズ鏡を作り、後にバクテリアとして知られている小胞を見ました。彼は最初の微生物学者であると考えられています。
19世紀に、化学者Louis PasteurとRobert Kochは病気は病原菌によって引き起こされたと語った。これは胚理論として知られていました。
1910年に、科学者Paul Ehrlichは最初の抗生物質Salvarsanの開発を発表しました。彼はそれを使って梅毒を治しました。彼はまた、汚れを使って細菌を検出する初めての科学者でした。
ジョシュア・レデルブルグは2001年、「腸内微生物叢」という用語を作り出しました。世界の科学者たちは現在、人体の「腸内細菌叢」や細菌の構造、種類、用途をより正確に記述し理解するよう努めています。
時間が経つにつれて、この作品は広範囲の健康状態に新たな光を当てることが期待されています。
