細菌と古細菌
実験室で条件がよければ、大腸菌1個は約20分で2個になります。
よく見られる3つの形
細菌は、形で説明されることがよくあります。丸いものは球菌、棒状のものは桿菌です。曲がったものにはいくつかの呼び名があります。コンマ形のものはビブリオ、硬いらせん状のものはらせん菌、柔軟でコルク抜きのようなものはスピロヘータです。形だけで種はわかりませんが、微生物学者が顕微鏡で最初に確認する特徴の一つです。
細菌の内部
細菌の細胞には核がありません。DNAは核様体という領域にあり、多くの細菌は環状の染色体を1本もちますが、例外的に線状のものもあります。細胞質には、タンパク質を作るリボソームがたくさんあります。その周囲には細胞膜があり、ほとんどの細菌ではさらに外側に細胞壁があります。細胞壁には、糖と短いタンパク質の鎖が網状になったペプチドグリカンが含まれます。細菌によっては、細胞壁の外側に粘り気のある莢膜、泳ぐためのむち状のべん毛、表面に付着するための短い毛状の線毛もあります。
二分裂
ほとんどの細菌は、単純に二つに分かれる二分裂で増えます。まず細胞が成長し、内部の成分を増やします。染色体の複製は、複製起点という1か所から始まり、環に沿って両方向へ進んで、2本の複製が完成します。次にFtsZというタンパク質が細胞の中央に集まり、Zリングという輪を作ります。さらにタンパク質が加わり、新しい細胞壁と細胞膜が内側へ伸びて隔壁を作ります。細胞はくびれて二つの娘細胞に分かれ、それぞれが完全なゲノムを受け取ります。細菌は別の経路で遺伝子を交換しますが、原核生物の生殖そのものは常に無性生殖です。
ドラッグで回転、スクロールまたはピンチで拡大・縮小。
増え方は二分裂だけではありません。一部のシアノバクテリアは、糸状体に沿って多数の核様体を作った後、一度に多くの新しい細胞に分かれます。これを断片化といいます。別の細菌では、一端から細い突起が伸び、その先が膨らんで小さな細胞、つまり芽になります。巨大な細菌エプロピスキウムは、親細胞の内部で複数の娘細胞を育て、親細胞が破れて放出します。
細菌の重要性は実験室だけにとどまりません。シアノバクテリアは、植物や藻類と同じ、酸素を放出する光合成を行います。エンドウやマメの根粒にすむ根粒菌は、空気中の窒素をアンモニアに変え、植物はそれをタンパク質の材料にします。ほかにも無数の細菌が、土や水の中の生物の死骸などを分解します。一部は病気を起こします。そこで次の単元では、細菌がどれほど速く増えるか、科学者がどのように細菌を見分けるようになったかを考えます。
古細菌
古細菌は、顕微鏡で見ると細菌に似た、核のない単細胞生物です。しかし、進化の歴史は別で、遺伝子、化学的性質、細胞壁、細胞膜が異なります。細胞壁にペプチドグリカンはなく、一部のメタン生成古細菌は代わりにシュードペプチドグリカンという似た物質をもちます。古細菌は、非常に高温、低温、強酸性、強アルカリ性の場所を含め、ほぼあらゆる環境にすんでいます。イエローストーン国立公園の温泉モーニング・グローリー・プールに見える色の輪は、水温ごとに異なる微生物群集によるものです。
| 細菌 | 古細菌 | |
|---|---|---|
| 核 | なし | なし |
| ペプチドグリカン | 多くにある | なし |
| 一般的な大きさ | 約1 µm | 同程度 |
| 極限環境 | 一部 | 多い |
- 形には、丸い球菌、棒状の桿菌、曲がったものがあります。
- 核はなく、DNAは核様体にあります。多くの細菌にはペプチドグリカンの細胞壁があります。
- 二分裂では、DNAの複製、FtsZリングの形成、隔壁の形成を経て、二つの細胞になります。
- 古細菌にはペプチドグリカンがなく、極限環境にすむものも多くいます。
| 球菌 | 丸い細菌です。 |
| 桿菌 | 棒状の細菌です。 |
| 核様体 | 原核細胞でDNAが存在する領域です。 |
| ペプチドグリカン | 多くの細菌の細胞壁にある、糖と短いペプチドの網状構造です。 |
| 二分裂 | 1個の細胞が同じ大きさの2個の細胞に分かれることです。 |
| FtsZ | 細胞が分裂する場所でZリングを作るタンパク質です。 |
- 棒状の細菌を何といいますか？
- 桿菌
- 球菌
- らせん菌
- ビブリオ
- 細菌のDNAはどこにありますか？
- 核様体
- 核
- 細胞壁
- べん毛
- 多くの細菌の細胞壁にはあるのに、古細菌にはない物質はどれですか？
- ペプチドグリカン
- セルロース
- キチン
- ケラチン
- 分裂する細菌が二つにくびれる場所で、輪を作るタンパク質はどれですか？
- FtsZ
- RuBisCO
- ヘモグロビン
- 筋肉のアクチン
- 二分裂の段階を順に並べましょう。
- 細胞が20分ごとに分裂します。3時間で何世代ですか？
- 1個の細胞から始めると、この9世代の後には何個になりますか？
- シアノバクテリアの糸状体が、一度に多くの新しい細胞に分かれる増え方はどれですか？
- 断片化
- 出芽
- 二分裂
- 有糸分裂
- 古細菌はどこにすんでいますか？
- 温泉や強酸性の場所を含む、ほぼあらゆる環境
- 人の腸内だけ
- 深海だけ
- 植物の葉の上だけ
- 原核生物の生殖は、常にどの種類ですか？
- 無性生殖
- 有性生殖
- 胞子による生殖だけ
- 減数分裂による生殖
このコースの出典 (15)
- OpenStax Microbiology 1.1 What Our Ancestors Knew (fermented drink from rice, honey and fruit in Neolithic China by 7000 BC, Saccharomyces cerevisiae in bread, Leeuwenhoek 1675 "animalcules" in rain water, Golden Age of Microbiology 1857 to 1914; openstax.org/books/microbiology/pages/1-1-what-our-ancestors-knew)
- 1.3 Types of Microorganisms (about 100 µm to see with the eye, animal cell about 10 µm, bacteria about 1 µm, viruses about 100 nm, three domains, coccus/bacillus/spirillum, archaea without peptidoglycan and in extreme places such as Morning Glory pool, protists, algae, diatoms 2 to 200 µm, protozoa with cilia, flagella or pseudopods, fungi with chitin walls, more than 1000 yeast species, molds and penicillin, helminths, prions about one-tenth of a virus; .../1-3-types-of-microorganisms)
- 3.1 Spontaneous Generation (Aristotle, van Helmont's mice recipe of 3 weeks, Redi 1668 with six jars, Needham 1745, Spallanzani, Pasteur 1858 gun-cotton filter, swan-neck flasks, Alhumbert Prize 1862, 1864 lecture; .../3-1-spontaneous-generation)
- 3.2 Foundations of Modern Cell Theory (Semmelweis 1847, 10 to 20 percent vs 1 percent, chlorinated lime; Snow; Pasteur 1856 fermentation; Lister 1867 carbolic acid; Koch's postulates; .../3-2-foundations-of-modern-cell-theory)
- 6.1 Viruses (acellular, obligate intracellular parasites, DNA or RNA never both, capsid, envelope, spikes, helical/polyhedral/complex, 20 nm to 900 nm, Ivanovski 1892 with the Chamberland filter of 1884, pore 0.1 µm, Beijerinck 1898 and virus = poison, Stanley 1935, host range, bacteriophages, FDA 2006 phage spray on lunch meats; .../6-1-viruses)
- 9.1 How Microbes Grow (binary fission, FtsZ Z ring, generation time, E. coli 20 minutes, human generation 25 years, M. tuberculosis 15 to 20 hours, M. leprae 14 days, 2^48 = 281,474,976,710,656 after 24 h at 30 minutes, Nn = N0 2^n, lag/log/stationary/death, budding, fragmentation, Epulopiscium; .../9-1-how-microbes-grow)
- Royal Society: Philosophical Transactions 12:821-831, published 25 March 1677, Leeuwenhoek's Dutch letter of 9 October 1676 "concerning little animals" (doi.org/10.1098/rstl.1677.0003)
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- Royal Society blog "Celebrating Leeuwenhoek", 2023 (first letter via de Graaf, Phil. Trans. 19 May 1673; 190 letters in fifty years; died 26 August 1723 aged 90)
- N. Lane 2015, Phil. Trans. R. Soc. B 370:20140344 (upwards of 1,000,000 creatures in a drop of pepper-water; letter read aloud over several sessions)
- Lens on Leeuwenhoek, letter L-040 (Oldenburg printed less than half; Hooke succeeded later in 1677)
- CDC MMWR 53(34):783, 2004, 150th Anniversary of John Snow and the Pump Handle (31 August 1854, handle removed 8 September 1854, Vibrio cholerae isolated 1883; cdc.gov/mmwr/preview/mmwrhtml/mm5334a1.htm)
- CDC History of Smallpox and Smallpox timeline (Jenner 1796; 33rd World Health Assembly declared the world free of smallpox on 8 May 1980; cdc.gov/smallpox/about/history.html)
- American Chemical Society, Discovery and Development of Penicillin landmark (Fleming 1928 at St Mary's Hospital London, paper June 1929, Florey and Chain at Oxford from 1939; acs.org/education/whatischemistry/landmarks/flemingpenicillin.html)
- Fleming 1929, Br J Exp Pathol 10:226. Sender, Fuchs and Milo 2016, PLoS Biol 14:e1002533 (3.8 × 10^13 bacteria and 3.0 × 10^13 human cells in a 70 kg reference man, ratio about 1.3, bacteria about 0.2 kg).
確認日: 2026-10-17