微生物学的培養
微生物学的培養（または微生物培養）とは、管理された実験室環境下において、所定の培養培地中で微生物を増殖させる方法である。微生物培養は、分子生物学における研究ツールとして用いられる基礎的かつ基本的な診断法である。
培養という用語は、培養される微生物を指す場合もあります。
微生物培養は、検査対象サンプル中の微生物の種類、その存在量、またはその両方を特定するために使用されます。微生物学における主要な診断法の一つであり、所定の培地中で病原体を増殖させることで感染症の原因を特定するツールとして用いられます。例えば、咽頭培養は、咽頭の奥の粘膜を削り取り、そのサンプルを培地に吸い取ることで行われます。これにより、連鎖球菌性咽頭炎の原因菌である化膿レンサ球菌などの有害な微生物をスクリーニングすることができます。 [1]さらに、「培養」という用語は、より一般的には、実験室で特定の種類の微生物を「選択的に培養する」ことを指す非公式な用語として使用されます。
微生物の純粋培養を分離することがしばしば不可欠です。純粋（または無菌）培養とは、他の種や種類の存在なしに増殖する細胞または多細胞生物の集団です。純粋培養は単一の細胞または単一の生物に由来することもあり、その場合、細胞は互いに遺伝的にクローン化されています。微生物培養物をゲル化するために、アガロースゲル（寒天）培地が使用されます。寒天は海藻由来のゼラチン状物質です。寒天の安価な代替品としてグアーガムがあり、好熱菌の分離と維持に使用できます。
歴史
最初の培養培地は、1860年にルイ・パスツールによって設計された液体培地でした。 [2]これは、1881年にロベルト・コッホが固体培地を開発するまで、研究室で使用されていました。 [3]コッホが固体培地に平らな板を使用する方法は、 1887年にユリウス・リヒャルト・ペトリの丸い箱に置き換えられました。[2]これらの基礎的な発明以来、科学者が微生物の培養を成長させ、識別し、精製するのに役立つ多様な培地と方法が進化してきました。
微生物培養の種類
原核生物培養
原核生物の培養には、古細菌を実験室で培養することが難しいため、通常は細菌が用いられます。[4]純粋な原核生物の培養物を得るためには、生物の単一細胞または単一コロニーから培養を開始する必要があります。[5]原核生物のコロニーは単一細胞の無性生殖細胞であるため、すべての細胞は遺伝的に同一であり、純粋培養となります。
ウイルス培養
ウイルスやファージの培養には、ウイルスやファージが増殖する宿主細胞が必要です。バクテリオファージの場合、培養は細菌細胞に感染させて行います。その後、プレート上の細菌叢に生じたプラークからファージを分離できます。ウイルス培養は、適切な真核宿主細胞から得られます。画線平板法は、微生物集団を物理的に分離する方法で、接種ループを使用して固体寒天プレート上で接種物を前後に広げることで行います。インキュベーションするとコロニーが発生し、バイオマスから単一細胞が分離されます。微生物が純粋培養で分離されたら、さらなる研究や使用のために、保存培養と呼ばれる培養で生存可能な状態で保存する必要があります。これらの培養は、生物学的、免疫学的、および文化的特徴が失われないように維持する必要があります。
真核細胞培養
真核細胞培養は、真核生物の研究のための制御された環境を提供します。酵母、藻類、原生動物などの単細胞真核生物は、原核生物の培養と同様の方法で培養できます。C . elegansなどの多細胞微視的真核生物についても同様です。
マクロな真核生物は実験室で培養するには大きすぎるものの、採取した細胞は培養することが可能です。これにより、研究者はマクロな真核生物の特定の部位やプロセスをin vitroで研究することができます。
培養方法
| 方法 | 説明 | 用途と利点 |
|---|---|---|
| 液体培養/ブロス培養 | 生物は液体培地の入ったフラスコに接種される | 大量の微生物の培養、抗菌アッセイ、細菌の分化 |
| 寒天培地 | 生物はペトリ皿に置かれるか、または塗抹される | コンパクトで積み重ね可能な、静止成長のための堅固な表面を提供します |
| 寒天ベースのディップスティック | 本質的にはディップスティックの形をしたミニチュア寒天培地 | 診断目的、どこでも使用可能、費用対効果が高く、使いやすい |
| 選択的メディアと差別的メディア | 生物は特定の培地で培養され、特定のものを選択または区別する。 | 未知の生物の特定、培養物の精製を支援 |
| 刺し傷培養 | 微生物は試験管内の固体寒天に接種される | 短期保存、細菌の分化 |
液体培養
微生物培養の一つの方法は液体培養です。液体培養では、目的の微生物をルリアブロスなどの液体栄養培地に懸濁し、直立フラスコ内で培養します。これにより、科学者は大量の細菌やその他の微生物を培養し、様々な下流用途に利用することができます。
液体培養は、抗菌試験の準備に最適です。この試験では、液体培養液に細菌を接種し、一晩培養します（均一な増殖を促すため、「シェーカー」を用いて培養液を機械的に撹拌します）。その後、サンプルの一部を採取し、特定の薬剤またはタンパク質（抗菌ペプチド）の抗菌活性を試験します。
代替手段として、静置液体培養法が用いられる場合がある。この培養法は振盪培養を行わず、微生物に酸素勾配を与える。[6]
寒天培地
微生物培養は、様々なサイズのペトリ皿に、寒天培地を薄く敷き詰めた培地で行うことができます。ペトリ皿の培地に目的の細菌を接種した後、選択した細菌の増殖に最適な温度（例えば、ヒトや動物由来の培養では通常37℃（体温）で、環境由来の培養では通常より低い温度）で培養します。目的の増殖レベルに達した後、寒天培地を逆さまにして冷蔵庫で長期間保存し、将来の実験のために細菌を保管することができます。
寒天培地をプレートに流し込み固める前に、様々な添加剤を加えることができます。細菌の種類によっては、特定の添加剤の存在下でのみ増殖することができます。これは、抗生物質耐性遺伝子を含む改変細菌株を作成する際にも利用できます。選択した抗生物質を寒天培地に加えると、耐性を付与する遺伝子挿入物を含む細菌細胞のみが増殖できるようになります。これにより、研究者は形質転換に成功したコロニーのみを選択することができます。
寒天ベースのディップスティック
ディップスライド、デジタルディップスティック[7]など、ディップスティック形式に実装された寒天培地の小型版は、診断目的でポイントオブケアで使用できる可能性を示しています。これらは寒天培地に比べて費用対効果が高く、操作に専門知識や実験室環境を必要としないため、ポイントオブケアで使用できます。
選択的メディアと差別的メディア
選択培地と分化培地は、培養されている微生物の特性を明らかにします。この種の培地は、選択培地、分化培地、または選択培地と分化培地の両方である場合があります。複数種類の選択培地と分化培地で培養することで、混合培養物を精製し、未知の培養物を同定するために必要な特性を科学者に明らかにすることができます。
選択的メディア
選択培地は、特定の種類の微生物の生育を許容する一方で、他の微生物の生育を阻害することで、微生物を区別するために使用されます。例えば、エオシンメチレンブルー（EMB）は、EMB上で生育が阻害されるグラム陽性細菌を選抜し、EMB上で生育が阻害されないグラム陰性細菌を選抜するために使用できます。[8]
差分メディア
科学者は微生物を培養する際に、分化培地を用いて特定の生化学的特性を明らかにします。これらの特性は、既知の微生物の特性と比較することで、未知の培養物を同定するために用いられます。その一例がマッコンキー寒天培地（MAC）です。この培地は、発酵によって酸が生成されると色が変化するpH指示薬を用いて、乳糖発酵細菌を同定します。[9]
マルチターゲットパネル
マルチターゲットパネルでは、以前に培養されたコロニーから分離された細菌が各ウェルに分配されます。各ウェルには、増殖培地と生化学検査用の成分が含まれており、検査対象に対する細菌の特性に応じてウェルの吸光度が変化します。パネルは機械で培養され、その後、比色法、濁度法、蛍光法などの光ベースの方法で各ウェルが分析されます。[10]これらの結果は、様々な細菌種の既知の結果データベースと自動的に比較され、現在のパネルに存在する細菌種を診断します。同時に、抗生物質感受性試験も実施されます。
- マルチターゲット微生物パネル。検査対象となる細菌を少量ずつ各ウェルに入れ、各ウェルには個別の検査に必要な成分が含まれています。
- 各ウェルの抗生物質感受性の自動テストに使用される機器にロードされた微生物パネル。
- 研究室の作業員が自動分析装置の画面に表示された結果を確認します。
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刺し傷培養
穿刺培養は寒天培地に似ていますが、試験管内で固形寒天を培養します。細菌は、接種針またはピペットチップを寒天培地の中央に刺すことで導入されます。細菌は刺した部分で増殖します。[11]穿刺培養は、培養物の短期保存または輸送に最も一般的に使用されます。さらに、穿刺培養は、培養された微生物の運動性や酸素要求性などの特性を明らかにすることができます。
好熱性微生物の固体プレート培養
50～70℃の温度で生育するバチルス・アシドカルダリウス、バチルス・ステアロサーモフィルス、サーマス・アクアティカス、サーマス・サーモフィルスなどの好熱性微生物の固体プレート培養では、上記の好熱性細菌の計数や分離、またはその両方において、寒天よりも低アシルの清澄化ジェランガムが好ましいゲル化剤であることが証明されています。[12]
細胞培養コレクション
微生物培養コレクションは、微生物系統学の研究のための標準的な参照微生物、細胞株、その他の材料の生培養物の取得、認証、生産、保存、カタログ作成、配布に重点を置いています。[13] [14]培養コレクションはタイプ株の保管庫でもあります。
| コレクションの頭字語 | 名前 | 位置 |
|---|---|---|
| ATCC | アメリカンタイプカルチャーコレクション | バージニア州マナサス |
| BCCM | ベルギー微生物共同コレクション | ベルギーのブリュッセルにある分散型調整セル |
| CCUG | ヨーテボリ大学文化コレクション | スウェーデン、ヨーテボリ |
| CECT | Colección Española de Cultivos Tipo | スペイン、バレンシア |
| CIP | パスツール研究所コレクション | パリ、フランス |
| DSMZ | 微生物有機体とゼルクルトゥーレンのドイツ植物園 | ブラウンシュヴァイク、ドイツ |
| ICMP | 植物由来微生物の国際コレクション | オークランド、ニュージーランド |
| JCM | 日本微生物コレクション | つくば市、茨城県、日本 |
| NCTC | 国立タイプカルチャーコレクション | 英国ロンドン公衆衛生局 |
| NCIMB | 産業・食品・海洋細菌の国立コレクション | アバディーン、スコットランド |
| NCMR | 国立微生物資源センター | プネ、インド |
| NCPPB | 植物病原細菌国立コレクション | ヨーク、イギリス |
| MTCC | 微生物型培養コレクションおよび遺伝子バンク | チャンディーガル、インド |
参照
参考文献
- ^ Healthwise, Incorporated (2010年6月28日). 「咽頭培養検査」. WebMD . 2013年3月17日時点のオリジナルよりアーカイブ。 2013年3月10日閲覧。
- ^ ab Bonnet, M.; Lagier, JC; Raoult, D.; Khelaifia, S. (2020年3月). 「選択的および非選択的条件による細菌培養：臨床微生物学における培養培地の進化」. New Microbes and New Infections . 34. doi :10.1016/j.nmni.2019.100622. PMC 6961714. PMID 31956419 .
- ^ バス、スリジョニ;ボーズ、チャンドラ。オジャ、ヌプール。ダス、ナバジット。ダス、ジャガリー。パル、ムリンモイ。スカント州クラナ（2015 年 4 月 30 日）。 「細菌および真菌の増殖培地の進化」。生体情報。11 (4): 182–184。土井:10.6026/97320630011182。PMC 4479053。PMID 26124557。
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外部リンク
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- EFFCA - 欧州食品飼料培養協会。微生物培養物の生産と利用、そして法規制に関する情報。
