プリンキピア

第22章原核生物:細菌と古細菌

The Ecology of Biofilmsバイオフィルムの生態

Some prokaryotes may be unculturable because they require the presence of other prokaryotic species. Until a couple of decades ago, microbiologists used to think of prokaryotes as isolated entities living apart. This model, however, does not reflect the true ecology of prokaryotes, most of which prefer to live in communities where they can interact. As we have seen, a biofilm is a microbial community (Figure 22.8) held together in a gummy-textured matrix that consists primarily of polysaccharides secreted by the organisms, together with some proteins and nucleic acids. Biofilms typically grow attached to surfaces. Some of the best-studied biofilms are composed of prokaryotes, although fungal biofilms have also been described, as well as some composed of a mixture of fungi and bacteria.
英語のヒント
一部の原核生物が培養できないのは、ほかの原核生物種の存在を必要とするためかもしれない。数十年前まで、微生物学者は、原核生物を互いに離れて暮らす独立した存在と考えていた。しかし、このモデルは、原核生物の実際の生態を反映していない。大半の原核生物は、相互作用できる群集で暮らすことを好む。すでに見たように、バイオフィルムは、粘り気のあるマトリックス内で結びついた微生物群集である(図22.8)。マトリックスは主に、生物が分泌する多糖からなり、タンパク質や核酸もいくらか含む。バイオフィルムは通常、表面に付着して成長する。よく研究されているバイオフィルムの一部は原核生物からなるが、菌類のバイオフィルムや、菌類と細菌が混在するものも報告されている。
Biofilms are present almost everywhere: they can cause the clogging of pipes and readily colonize surfaces in industrial settings. In recent, large-scale outbreaks of bacterial contamination of food, biofilms have played a major role. They also colonize household surfaces, such as kitchen counters, cutting boards, sinks, and toilets, as well as places on the human body, such as the surfaces of our teeth.
英語のヒント
バイオフィルムは、ほぼ至るところにある。配管の詰まりを引き起こすこともあり、工業施設の表面にも容易に定着する。近年の大規模な食品の細菌汚染では、バイオフィルムが大きな役割を果たしてきた。台所の調理台、まな板、流し台、便器など、家庭内の表面にも定着し、歯の表面など、ヒトの体にも住み着く。
Interactions among the organisms that populate a biofilm, together with their protective exopolysaccharidic (EPS) environment, make these communities more robust than free-living, or planktonic, prokaryotes. The sticky substance that holds bacteria together also excludes most antibiotics and disinfectants, making biofilm bacteria hardier than their planktonic counterparts. Overall, biofilms are very difficult to destroy because they are resistant to many common forms of sterilization.
英語のヒント
バイオフィルムに住む生物同士の相互作用と、それらを守る細胞外多糖(EPS)の環境により、これらの群集は、単独生活、すなわち浮遊状態の原核生物より頑健になる。細菌を結びつける粘着物質は、大半の抗生物質や消毒剤も締め出すため、バイオフィルム内の細菌は、浮遊状態の同種の細菌より丈夫である。全体として、バイオフィルムは一般的な多くの滅菌方法に耐性をもつため、破壊することが非常に難しい。

Section Summary節のまとめ

Prokaryotes existed for billions of years before plants and animals appeared. Hot springs and hydrothermal vents may have been the environments in which life began. Microbial mats are thought to represent the earliest forms of life on Earth. A microbial mat is a multi-layered sheet of prokaryotes that grows at interfaces between different types of material, mostly on moist surfaces. Fossilized microbial mats are called stromatolites and consist of laminated organo-sedimentary structures formed by precipitation of minerals by prokaryotes. They represent the earliest fossil record of life on Earth.
原核生物は、植物や動物が現れる何十億年も前から存在していた。温泉や熱水噴出孔は、生命が始まった環境だったのかもしれない。微生物マットは、地球上の最初期の生命の形を表していると考えられる。微生物マットは、異なる物質の境界、主に湿った表面に生育する、原核生物からなる多層のシート状構造である。化石化した微生物マットはストロマトライトと呼ばれ、原核生物による鉱物の沈殿でできる、薄い層が重なった有機堆積構造からなる。地球の生命の最古の化石記録を示すものである。
During the first two billion years, the atmosphere was anoxic and only anaerobic organisms were able to live. Cyanobacteria evolved from early phototrophs and began the oxygenation o the atmosphere. The increase in oxygen concentration allowed the evolution of other life forms.
最初の20億年間、大気は無酸素で、嫌気性生物だけが生存できた。シアノバクテリアは初期の光栄養生物から進化し、大気の酸素化を始めた。酸素濃度の上昇により、ほかの生命の形の進化が可能になった。
Bacteria and archaea grow in virtually every environment. Those that survive under extreme conditions are called extremophiles (extreme lovers). Some prokaryotes cannot grow in a laboratory setting, but they are not dead. They are in the viable-but-non-culturable (VBNC) state. The VBNC state occurs when prokaryotes enter a dormant state in response to environmental stressors. Most prokaryotes are colonial and prefer to live in communities where interactions take place. A biofilm is a microbial community held together in a gummy-textured matrix.
細菌と古細菌は、ほぼすべての環境で生育する。極端な条件下で生きるものは、極限環境生物、すなわち極限を好む生物と呼ばれる。一部の原核生物は、実験室で増殖できないが、死んでいるわけではない。生存しているが培養できないVBNC状態にある。この状態は、環境ストレスに応答して原核生物が休眠状態へ入るときに生じる。大半の原核生物は集落を作り、相互作用の起こる群集で暮らすことを好む。バイオフィルムは、粘り気のあるマトリックスで結びついた微生物群集である。

Visual Connection Questions図を使った問題

Exercises 1練習問題 1
Exercise 1問題 1
Figure 22.8 Compared to free-floating bacteria, bacteria in biofilms often show increased resistance to antibiotics and detergents. Why do you think this might be the case?
図22.8 自由に浮遊する細菌に比べ、バイオフィルム内の細菌は、抗生物質や洗剤への耐性が高まっていることが多い。これはなぜだと考えられるか。
Solution解き方
Figure 22.8 The extracellular matrix and outer layer of cells protects the inner bacteria. The close proximity of cells also facilitates lateral gene transfer, a process by which genes such as antibiotic-resistance genes are transferred from one bacterium to another. And even if lateral gene transfer does not occur, one bacterium that produces an exo-enzyme that destroys antibiotic may save neighboring bacteria.
英語のヒント
図22.8 細胞外マトリックスと外側の細胞層が、内部の細菌を保護する。細胞が近接していると、抗生物質耐性遺伝子などを細菌同士で受け渡す、遺伝子の水平伝達も起こりやすくなる。水平伝達が起こらなくても、抗生物質を破壊する細胞外酵素を一つの細菌が作れば、隣の細菌を救うことがある。