Medical Microbiology · 1/1

医学微生物学：意義・分野・簡単な歴史

Medical microbiology: significance, sub-fields and brief history

🧠 微生物学の歴史は「観察→培養→病因証明→治療」という一直線の物語として覚える。 Leeuwenhoekが初めて微生物を「見て」、Kochが病原体と疾患の因果関係bidirectional causal relationship因果関係（bidirectional causal relationship）bidirectional causal relationship（因果関係）を「証明する型（4原則）」を作り、Ehrlichが「毒性を病原体だけに選択的に向ける」という創薬drug design創薬（drug design）drug design（創薬）思想（chemotherapeutic index、1/12）を打ち立て、Flemingがそれを現実の薬（ペニシリン）に変えた。年表Timeline年表（Timeline）Timeline（年表）はバラバmuleラバ（mule）mule（ラバ）ラの偉人紹介ではなく、この1本の流れの上に並んでいる。

微生物学の意義

微生物 とは肉眼では見えないほど微小な生物の総称で、生物圏biosphere生物圏（biosphere）biosphere（生物圏）のあらゆる場所に存在し、その環境に有益・有害・無自覚unapparent無自覚（unapparent）unapparent（無自覚）のいずれかの影響を与え続けている。

物質循環における役割

CO2固定：無機炭素（CO2）を有機化合物organic compound有機化合物（organic compound）organic compound（有機化合物）に変換する過程。プランクトン性藻類やシアノバクテリアcyanobacteriaシアノバクテリア（cyanobacteria）cyanobacteria（シアノバクテリア）が担う。
分解：複雑な有機物を他の生物が利用できる炭素の形に分解する。
窒素固定nitrogen fixation窒素固定（nitrogen fixation）nitrogen fixation（窒素固定）：大気中の窒素をアンモニア（NH3）に変換し、植物や動物が利用できる形にする細菌の働き。植物と共生endosymbiosis共生（endosymbiosis）endosymbiosis（共生）して窒素固定nitrogen fixation窒素固定（nitrogen fixation）nitrogen fixation（窒素固定）を行う細菌も存在する。
酸素発生型光合成oxygenic photosynthesis酸素発生型光合成（oxygenic photosynthesis）oxygenic photosynthesis（酸素発生型光合成）：植物・藻類・シアノバクテリアcyanobacteriaシアノバクテリア（cyanobacteria）cyanobacteria（シアノバクテリア）で起こり、大気中に酸素を供給する光合成の型。

産業・農業利用

発酵：酵母はワイン・ビール・パンを、乳酸菌lactic acid bacteria乳酸菌（lactic acid bacteria）lactic acid bacteria（乳酸菌）はヨーグルト・チーズ・サワークリームcreamクリーム（cream）cream（クリーム）・バターミルクを生む。
医薬品産業：抗生物質antibiotics抗生物質（antibiotics）antibiotics（抗生物質） ＝微生物が産生し他の微生物を殺す・増殖を抑える物質で、感染症治療に用いられる。天然には Penicillium（カビ）や Streptomyces・桿菌（細菌）が産生する。
バイオテクノロジーbiotechnologyバイオテクノロジー（biotechnology）biotechnology（バイオテクノロジー）：微生物遺伝学を応用して有用物質を生産する技術。
モデル生物としての研究：大腸菌（細菌）や Saccharomyces（酵母）が細胞生物学の基礎研究に利用されてきた。

宿主との共生

有益：正常細菌叢normal flora正常細菌叢（normal flora）normal flora（正常細菌叢） ＝ヒトの体表面に常在する微生物群（Lactobacillus、Bifidobacterium など）。感染から宿主を守り、栄養・健康を促進する。
有害：植物・動物・ヒトの病原体。

微生物学のサブフィールド

微生物は大きく4つのグループに分けられる。

分野	細胞の型	大きさ	特徴
細菌	原核生物、核膜nuclear envelope核膜（nuclear envelope）nuclear envelope（核膜）・ミトコンドリア・ゴルジ体Golgi apparatusゴルジ体（Golgi apparatus）Golgi apparatus（ゴルジ体）・小胞体を持たない単細胞生物	0.5〜20 μm以上	無性分裂で増殖。形態は球菌（coccus、対→diplococci、鎖状→streptococci、房状→staphylococcus）、桿菌、コッコバチルスcoccobacilliコッコバチルス（coccobacilli）coccobacilli（コッコバチルス）、らせん菌（spirochete、多数のコイルを持つ極めて細い菌）、多形性pleomorphism多形性（pleomorphism）pleomorphism（多形性）など
ウイルス	最小の感染性粒子。タンパク質の殻protein coat殻（protein coat）protein coat（殻）に核酸（RNAまたはDNA）が包まれる	20〜400 nm	宿主細胞に完全依存（蛋白質合成・エネルギー産生energy productionエネルギー産生（energy production）energy production（エネルギー産生）酵素を欠く）。宿主の酵素系をウイルス複製に転用する
寄生虫	真核生物、単細胞・多細胞の両方がある	様々	原虫、蠕虫（helminth：虫体・虫卵）を含む。プリオンprion, PrPプリオン（prion, PrP）prion, PrP（プリオン）も便宜上ここに分類されるが、実体は感染性の異常構造タンパクstructural protein構造タンパク（structural protein）structural protein（構造タンパク）質のみで、宿主の染色体DNAにコードされる点で他の寄生虫と本質的に異なる
真菌	真核生物、核・ミトコンドリア・ゴルジ体Golgi apparatusゴルジ体（Golgi apparatus）Golgi apparatus（ゴルジ体）・小胞体を明確に持つ	3〜5 μm	単細胞（酵母、無性生殖asexual無性生殖（asexual）asexual（無性生殖））・糸状形（カビ、無性＋有性生殖sexual有性生殖（sexual）sexual（有性生殖））・二形性真菌のいずれかの形をとる

💡 プリオンprion, PrPプリオン（prion, PrP）prion, PrP（プリオン）は「生物」ではなく「異常な構造を持つタンパク質」である。 遺伝物質hereditary material遺伝物質（hereditary material）hereditary material（遺伝物質）（核酸）を持たず、正常プリオンprion, PrPプリオン（prion, PrP）prion, PrP（プリオン）タンパク質を異常な立体構造conformational立体構造（conformational）conformational（立体構造）に連鎖的に変換させることで増える。分類上は寄生虫の項に置かれることが多いが、他の微生物とは全く異なる感染様式を持つ点に注意する。

医学微生物学の歴史

人物（年・国）	業績
Antoine van Leeuwenhoek（1676年、オランダ）	「微生物学の父」。顕微鏡を改良し、微生物を初めて観察・図示data representation図示（data representation）data representation（図示）した
Edward Jenner（1796年、イギリス）	種痘smallpox vaccination種痘（smallpox vaccination）smallpox vaccination（種痘）（天然痘smallpox天然痘（smallpox）smallpox（天然痘）ワクチン）の開拓者。史上初のワクチン
Ignaz Philipp Semmelweis（1847年、ハンガリー）	消毒法の初期の先駆者。塩素水による手洗いを導入し、化膿レンサ球菌Streptococcus pyogenes化膿レンサ球菌（Streptococcus pyogenes）Streptococcus pyogenes（化膿レンサ球菌）による産褥熱puerperal fever産褥熱（puerperal fever）puerperal fever（産褥熱）を予防した
Louis Pasteur（1870年、フランス）	ワクチン接種・微生物発酵・低温殺菌法pasteurization低温殺菌法（pasteurization）pasteurization（低温殺菌法）の原理を発見。酵母・糖・アンモニウム塩を用いた培養で初めて細菌を実験室で培養。狂犬病rabies狂犬病（rabies）rabies（狂犬病）・炭疽anthrax炭疽（anthrax）anthrax（炭疽）・鶏コレラcholeraコレラ（cholera）cholera（コレラ）のワクチンを開発。発酵が細菌の増殖によることを実証した
コッホRobert Kochコッホ（Robert Koch）Robert Koch（コッホ）（1880年、ドイツ）	近代細菌学の創始者。結核・コレラcholeraコレラ（cholera）cholera（コレラ）・炭疽anthrax炭疽（anthrax）anthrax（炭疽）の原因菌を同定。病原体と疾患の因果関係bidirectional causal relationship因果関係（bidirectional causal relationship）bidirectional causal relationship（因果関係）を証明するコッホRobert Kochコッホ（Robert Koch）Robert Koch（コッホ）の4原則を確立
Dimitry Ivanovsky（1892年、ロシア）	ウイルスの濾過性filterable nature濾過性（filterable nature）filterable nature（濾過性）を発見し、ウイルス学の創始者となった。タバコtobaccoタバコ（tobacco）tobacco（タバコ）モザイクウイルスを発見
Paul Ehrlich（1909年、ドイツ）	近代免疫学の創始者。グラム染色の前身となる染色技術を考案。梅毒に対する初の治療薬サルバルサンSalvarsanサルバルサン（Salvarsan）Salvarsan（サルバルサン）（Salvarsan、606号）を開発（毒性は残るが実用に耐えるほど低毒性だった最初の化合物）。化学療法係数chemotherapeutic index化学療法係数（chemotherapeutic index）chemotherapeutic index（化学療法係数）の概念を確立し、化学療法の理論的基盤を築いた。ジフテリア抗毒素antitoxin抗毒素（antitoxin）antitoxin（抗毒素）理論も提唱
Sir Alexander Fleming（1928年、スコットランド）	リゾチームlysozymeリゾチーム（lysozyme）lysozyme（リゾチーム）と抗生物質antibiotics抗生物質（antibiotics）antibiotics（抗生物質）ペニシリンGbenzylpenicillinペニシリンG（benzylpenicillin）benzylpenicillin（ペニシリンG）（benzylpenicillin）を発見

⭐ コッホRobert Kochコッホ（Robert Koch）Robert Koch（コッホ）の4原則 ——ある微生物が特定の疾患の原因であることを証明するための古典的基準。

病原体は疾患のあるすべての宿主に存在しなければならない。
病原体は宿主から分離され、純粋培養で増殖できなければならない。
純粋培養で増殖させた病原体を健康な宿主に接種すると、同じ疾患を引き起こさなければならない。
接種した新しい宿主から病原体が再分離され、元の病原体と同一であることが示されなければならない。

💡 Ehrlichの化学療法係数chemotherapeutic index化学療法係数（chemotherapeutic index）chemotherapeutic index（化学療法係数）は、現代の抗菌薬選択毒性selective toxicity of antimicrobials抗菌薬選択毒性（selective toxicity of antimicrobials）selective toxicity of antimicrobials（抗菌薬選択毒性）の思想的原点。「病原体には効くがヒト細胞にはできるだけ効かない」薬を数値化しようとした発想が、後の抗菌薬・抗がん薬開発全体の設計原理になっている。詳細は1/12 選択毒性selective toxicity選択毒性（selective toxicity）selective toxicity（選択毒性）・化学療法係数chemotherapeutic index化学療法係数（chemotherapeutic index）chemotherapeutic index（化学療法係数）を参照。

まとめ

微生物学の意義Significance of microbiology微生物学の意義（Significance of microbiology）Significance of microbiology（微生物学の意義）は、物質循環（CO2固定・分解・窒素固定nitrogen fixation窒素固定（nitrogen fixation）nitrogen fixation（窒素固定）・酸素発生型光合成oxygenic photosynthesis酸素発生型光合成（oxygenic photosynthesis）oxygenic photosynthesis（酸素発生型光合成））、産業・農業利用（発酵・抗生物質antibiotics抗生物質（antibiotics）antibiotics（抗生物質）・バイオテクノロジーbiotechnologyバイオテクノロジー（biotechnology）biotechnology（バイオテクノロジー）・モデル生物研究）、宿主との共生endosymbiosis共生（endosymbiosis）endosymbiosis（共生）（正常細菌叢normal flora正常細菌叢（normal flora）normal flora（正常細菌叢） vs 病原体）の3方向に分けて理解する。
サブフィールドは細菌（原核生物）・ウイルス（最小の感染性粒子）・寄生虫（真核生物：原虫・蠕虫・プリオンprion, PrPプリオン（prion, PrP）prion, PrP（プリオン））・真菌（真核生物）の4つ。
歴史はLeeuwenhoek（観察）→Jenner（ワクチン）→Semmelweis（消毒）→Pasteur（培養・ワクチン・低温殺菌pasteurisation低温殺菌（pasteurisation）pasteurisation（低温殺菌））→Koch（病因証明の4原則）→Ivanovsky（ウイルス学）→Ehrlich（化学療法・選択毒性selective toxicity選択毒性（selective toxicity）selective toxicity（選択毒性））→Fleming（ペニシリン）という発見の連鎖として整理できる。
コッホRobert Kochコッホ（Robert Koch）Robert Koch（コッホ）の4原則は病原体と疾患の因果関係bidirectional causal relationship因果関係（bidirectional causal relationship）bidirectional causal relationship（因果関係）を証明する古典的基準として、現在も微生物学の基礎に位置づけられる。
Ehrlichの化学療法係数chemotherapeutic index化学療法係数（chemotherapeutic index）chemotherapeutic index（化学療法係数）は、後の抗菌薬・抗がん薬に共通する「選択毒性selective toxicity選択毒性（selective toxicity）selective toxicity（選択毒性）」という設計思想design principle設計思想（design principle）design principle（設計思想）の出発点である。