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実験室でバクテリアを培養できるのに、なぜ私たちはそれらの約 1% しか知らないのですか?

<ブロック引用>

バクテリアを増殖できるようになったのなら、なぜもっと多くの種を発見していないのでしょうか?これは、大皿数異常として知られています。

細菌はどこにでもいます。彼らは私たちの体の表面や内部に存在し、足元の土壌に何百万も存在し、海を泳ぎ、空中を浮遊しています。

科学者たちは何世紀にもわたってそれらを研究しようとしてきました.問題は、彼らがとらえどころのない小さなバガーであることです。 1 つの細菌は目に見えないかもしれませんが、科学者は多くの細菌を一緒に増殖させてコロニーを形成することによってそれらを研究しなければなりません。 200 年の微生物学で、私たちは 30,000 種の細菌を増殖させてきましたが、それは私たちが存在すると考えているすべての細菌の 1% にすぎません。

それらを育てることができるなら、なぜもっと多くの種を発見していないのでしょうか?このパラドックスは、グレート プレート カウント アノマリーとして知られています。

過去を振り返る

外出するたびに手を洗うパンデミックの時代に、医師が消毒を中断せずに剖検を行い、出産を支援することは計り知れないようです.しかし、280 年前という最近でさえ、私たちは病気とその広がり方についてほとんど知りませんでした。

細菌に対する私たちの理解は、病気に端を発しています。 1800 年代の一部の科学者は、瘴気として知られる「悪い空気」がコレラなどの病気を引き起こすと考えていました。他の人、特にギリシャ人とローマ人は、人の「ユーモア」の不均衡を非難しました.解毒剤が other であった病気を引き起こす食品中の毒にこれを加える

微生物学者ロバート・コッホの作業台でのグワッシュ画 (写真提供:Wellcome Collection/Creative Commons)

微生物学の革命は、ロバート・コッホとルイ・パスツールによってもたらされました。ルイス パスツールは、瘴気説が提唱されてから 50 年後の 1860 年代に、目に見えない小さな微生物が病気の原因であるという「細菌説」を支持したことで有名です。

ロベルト・コッホは、実験室で細菌を培養した最初の人物です。

細菌は、プレート上で単独で増殖した場合にのみ視覚化できます。プレートは、バクテリアが増殖するための食物を含む培地です。コロニーと呼ばれる 1 種類のバクテリアの塊が形成されると、1 種類のバクテリアを特徴付けることがはるかに容易になり、バクテリアが肉眼で見えるようになります。コッホのバージョンのプレートは小さなガラスの皿で、ゼラチンの溶液で満たされ、凝固してバクテリアが成長して食べることができる層を形成します.細菌は空気中にも存在するため、彼のプレートを汚染から保護するために、コッホはゼラチンで満たされたガラスプレートを逆さまのベルジャーで覆いました.

コッホの細菌増殖技術のベルジャーとプレート (写真提供:Creative Commons &Shutterstock)

この方法は絶対確実ではありませんでした。ゼラチンは便利でしたが、腐りやすく、変色しやすかったです。ベルジャーは重くて交渉が難しい。除去に時間がかかり、汚染が発生しました。

コッホの研究に触発されて、コッホの研究室の若い研究者であるジュリアス・リチャード・ペトリがペトリ皿を革新しました。ペトリは、1 つのプレートを別の少し大きなプレートで覆うというアイデアを思いつき、ペトリ皿を発明しました。

ライト反転プレートは、ベル ジャーよりも移動がはるかに簡単で、作業をより迅速に行うことができ、汚染を防ぐことができました。このエレガントでシンプルなデザインは、その後 100 年間変わりませんでした。現在でも、ジュリアス・ペトリのプレートは同じですが、微生物学者が一度に何十枚も重ねて運ぶことができるように、軽量のアクリル プラスチックが使用されています。

コッホと彼の細菌のスケッチ (写真提供:クリエイティブ コモンズ)

ゼラチンの問題は、コッホの研究室の従業員の 1 人の妻であるファニー ヘッセによって解決されました。彼女は、当時チャイナグラスとして最も一般的に知られていた寒天の使用を提案しました.彼女はそれらをジャムやゼリーに使用し、それらが変色しないことに気付きました.寒天は、その特性を失うことなく、ゼラチンよりもはるかに高い温度に加熱することもできます.

寒天とペトリ皿によって、微生物学の世界は革命を起こしました。このようにして、最新のバクテリアプレーティング法が誕生しました。

では、何が問題なのですか?

細菌はスペシャリストです。何百もの種が何百もの特定の条件に適応しています。寒天と室温を好むバクテリアを育てるのは簡単です。これらの種は汚染され、他のものの成長を困難にする可能性があります。

しかし、よりエキゾチックな環境に生息するバクテリアはどうでしょうか?深海の熱水噴出孔や結腸の奥深くにあるバクテリアはどうですか?ラボでこれらの条件をどのように模倣しますか?

これを行う 1 つの方法は、他の細菌を排除することです。 MR Staphylococcus aureus などの抗生物質耐性菌を増殖させたい場合は、 他のすべてのバクテリアを殺した後、その抗生物質を含む培地に入れます。燃料として窒素のみを使用するバクテリアの場合、窒素を含まない培地で増殖させることができます.窒素を使わない細菌は生きられません。

他の細菌は義務的共生生物として知られています。私たちの腸内細菌について考えてみてください。彼らは繁栄するために私たちの腸の生息地を必要とします.それらを単純に削除して拡大するだけでは、多くの場合うまくいきません。これはすべてのバクテリアに当てはまり、共生的に結合する生物を絶対に必要とします。

これらの手法はすべて、そもそも研究対象の細菌がプレート上で増殖できることを前提としていますが、これは真実ではありません.寒天プレート上で培養および分離することができず、培養できない細菌は何千種も存在します。これは、グレート プレート カウント アノマリーとして知られているもので、存在することがわかっている細菌の数と、実際に増殖できる細菌の数との差です。

プレート上で増殖できる細菌よりも顕微鏡で観察できる細菌の方がはるかに多いため、プレート数の異常が存在することがわかっています。

プレート数の異常は微生物学者にとって頭の痛い問題です。これにより、特定の細菌に対する抗生物質の有効性をテストするなど、同じ細菌を 2 つの異なる処理にさらして何が起こるかを確認できます。新しいバクテリアの増殖は、抗生物質耐性の増加との競争において、抗生物質を発見するための鍵でもあります.プレーティングは、細菌から DNA を分離するための重要なステップでもあります。 DNA がなければ、さまざまなバクテリアがどのように関連しているかを理解することも、地球上のすべての生命の進化の起源をたどることもできません。

次は?

微生物学的技術の最近の進歩にもかかわらず、それはまだ新しい分野です。それについてより多くのことを発見するにつれて、私たちはそれをより詳細に理解することができます.

プレーティングの新しい技術と、バクテリアの多様なプロファイルの本質的な環境を模倣する創造的な方法により、私たちの研究室でより多様なバクテリアを育てることができます.この世代のセメルワイス、コッホ、ペトリ、ファニー ヘッセは、革新し、学び、独自の静かな革命を先導しています。これらの最終的な技術革新により、私たちは新しい抗生物質を発見し、顕微鏡スケールで生命についてより多くを学び、おそらく存在する最初の生物を特定することさえできます!


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