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[Bio-Edu] 細胞・細菌・ファージ・ウイルスを増やす簡単な解説 – ID20721 [2020/10/06]
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はじめに

初学者を対象にして、バイオを研究するために必要な知識を提供する[Bio-Edu]です。この記事では、バイオ、すなわち組換え体として使用する細胞や細菌、さらに関連知識として必要な更に小さな生物であるファージとウイルスについて解説します。

生物

生物界での病気やバイオにおける基礎知識として、「宿主 (しゅくしゅ)」という概念があります。

ウイルスは生物ではないと考えられていましたが、最近では、生物であるともいわれます。

この定義は、自分で自分を複製できないものは、生物ではないとする定義です。

閑話休題 – 遺伝子の数 –
ヒトの遺伝子は3万、大腸菌は4千、ウイルスは10個程度であり、これら、動物細胞、細菌、ウイルスのそれぞれの粒子としての大きさは、遺伝子の数に依存しています。

ウイルスと細菌
http://www2.nupals.ac.jp/~fmfsc/Topics/uirusuto_xi_jun.html

生物と呼びにくい面々

細胞、細菌は、適切な条件のもとで栄養分さえ与えてやれば、自分自身で複製できます。

自分自身で複製できないものには、ウイルスの他にファージと呼ばれるものがあります。

ウイルス

ウイルスは、細胞に感染して細胞の生存機能を利用することで複製します。一方、ファージの感染対象が、細菌であることがウイルスと異なります。ウイルスは、通常丸い形をしていますが、ファージは、下図のように数十年前に初めてアメリカが月面着陸に成功した時に使用された「月面着陸宇宙船」の形にそっくりです。ファージについては、後述します。

ウイルスとファージの形の違いには意味があります。ウィルスとは、比較的柔らかい表面の動物の細胞に感染するためには、この形(機能)で十分です。ウイルスは、細胞の表面に「ソフト」に吸着します。細胞とウイルスの表面は、よく似た膜(脂質膜)で覆われた構造であるため、「シャボン玉」同士が接触して吸着し融合していくような感じです。生命の活動とは不思議なもので、目的である細胞に融合したウイルスは、その後、細胞中へ完全に入っていきます(感染)。

細胞 (Cell)

COVID-19

図1. 細胞とウイルス
```
細胞(左図)とウイルス(新型コロナウイルス-WHO特設サイト-、右図)
```
ファージ

ファージでは、細胞表面が硬い細菌に感染するために、「月面着陸宇宙船」の形(機能)をしています。

ファージの足の部分で、細菌に着陸(吸着)し、その後、胴体部で穴を開けて、スポイドの頭のような部分に保管されている自らの遺伝子を細菌の内部に注入します。

http://rtcweb.rtc.riken.go.jp/DNA/sec/m1.html

phage

図2. 大腸菌とファージ
```
大腸菌(左図)とファージ(右図)
```
増殖の機構は同じ

ウイルスとファージの増殖は、細胞や細菌の生命活動を使って増殖します。細胞、細菌の中に自分の遺伝子が入ってしまえば、後はそれぞれの宿主(細胞、細菌)の生命活動の中でウイルス、ファージの独自の遺伝子が機能することにより、ウイルスやファージのパーツであるタンパク質が作られます。そのパーツから完全な形のウィルスやファージが作られ、宿主から飛び出ていきます。

増やす方法

細胞・細菌を増やす

栄養分を含む溶液(培地)に細胞や細菌を浸して、適度な条件 (温度、pH、浸透圧、酸素濃度、栄養素)で維持(培養という)してやると増殖します。
- 動物細胞、大腸菌
- 温度
- pH
- 溶存酸素濃度
- 栄養
増殖は、1個が2個になる、中学生の頃にに学んだあの増殖です。1個が2個、2個が4個、4個が8個、8個が16個・・・。この2個になる時間を「ダブリングタイム」と言います。

ウイルス・ファージを増やす

ウイルスやファージは、「細胞を増やす」で増やした細胞・細菌を用います。細胞、細菌に、ウイルス、ファージを添加して感染させます。感染とは、前述したように細胞、細菌の中に入ることです。細胞に接触させるだけで、感染させることができます。

ウイルスやファージは、自分たちが増殖しやすい宿主を知っており、その宿主である細胞や細菌の表面に付着(これを知っていると表現)して、中に入り込みます。これを感染といいます。感染した後、宿主の細胞、細菌の生命活動を利用して自分自身のパーツをつくり、複製していきます。宿主を知っているとは、受容体が存在していると言い換えることができます。

受容体とは、相手方(細胞など)に自分(ウイルス)のある部分を認識して結合できるある部分(一番的にタンパク質)のことを一般的にそのように呼びます。受容体が存在しなけば、感染は成立しません。

まとめ

バイオの初学者向けに、細胞、細菌、ウイルス、ファージの増やす方法 (単に「培養」と呼んだりする)について解説しました。

以上

大腸菌のイラスト – 理研 –
http://rtcweb.rtc.riken.go.jp/DNA/sec/m1.html

ファージに関する情報です

ファージ — – ウィキペディア –
https://ja.wikipedia.org/wiki/ファージ

細胞培養の種類、培地、など詳細な基礎的な情報がえられます

細胞培養の基礎知識 – Merck –
https://www.sigmaaldrich.com/content/dam/sigma-aldrich/docs/SAJ/Brochure/1/j_recipeecoli.pdf

線画培養からシングルコロー取得して液体培養までの必要な材料と手順などの情報が得られます

大腸菌培養 – Sigma Aldrich –
https://www.sigmaaldrich.com/content/dam/sigma-aldrich/docs/SAJ/Brochure/1/j_recipeecoli.pdf

昆虫細胞の培養培地に関する製品情報です

昆虫細胞培養 – Thermo Fisher Scientific –
https://www.thermofisher.com/jp/ja/home/life-science/cell-culture/insect-cell-culture.html

[Bio-Edu] 細胞・細菌・ファージ・マイコプラズマ・ウイルスの大きさ — ID11542 [2020/05/23] ID11542

参考動画 – 細胞の説明

編集履歴

2020/03/27 Mr.Harikiri
2022/05/09 追記 (図)、文言整備
2020/10/06 追記 (培養用の培地情報)、文言整備
2022/11/08 追記(はじめに)、文言整備
2020年3月31日
[Bio-Edu] 細菌・ウイルスをフィルターろ過で除去する[2020/05/25]
Post Views: 490

はじめに

バイオ医薬品の製造において、製品段階では細菌が含まれないことを保証する必要があります。

ウイルスにおいても、どれくらいの確率で含まれないかを証明する根拠となる予備データと、その確率を保証できる条件でろ過したことを保証する必要があります。

ウイルスに関しては、少々コストを要することになります

細菌のろ過による除去

バイオ医薬品は蛋白質です。細菌との大きさの違いを利用して、フィルターによるろ過により細菌をフィルターに捕捉して除去します。
- 細菌を除去する工程の実施
- 細菌が含まれないことを示すテストの実施
細菌をタンパク液から除去するには、0.22μmのフィルターを使用します。
- 大きい
- 細菌(5μm)
- フィルターろ過 (サイズ: 0.22μm)
- タンパク質 (~10nm)
- 小さい
ウイルスのろ過による除去

ウイルスの除去については、細菌の除去のようには、簡単ではありません。理論的には、ウイルスは1個であれば感染すると考えられます。ウイルスの測定も簡単ではありません。ウイルス除去は、ウイルス・クリアランス試験という項目があり、詳しい説明はそちらに任せます。

簡単な説明は、以下の通りです。

バイオ医薬品の世界では、ウイルス除去フィルターが市販されています。公称としては、20nm, 30nmなどの孔径(ポアサイズ)がありますが、バッファー条件、温度、ろ過速度なでど、ウイルスの運動・形状などか変化するため、除去効率は変化してしまいます。
- 大きい
- 細菌(5μm)
- フィルターろ過 (サイズ: 0.22μm)
- ウイルス (20nm~100nm)
- ウイルス除去フィルター(20nm, 30nm, etc)
- タンパク質 (~10nm)
- 小さい
まとめ

細菌もウイルスもろ過による除去方法は、基本的にその大きさを利用しています。ただし、ウイルスの場合は、その大きさが、細菌と比べて相当小さく、タンパク質に近いため、サイズによる分別除去は簡単ではありません。ウイルスを除去するためには、フィルターのポアサイズを厳密にコントロールできる高度な製造方法を要するためです。

バイオロジクスにおけるウイルスの除去に関しては、ウイルス・クリアランス試験という項目が設定されています。ちらもご参照ください。

編集履歴
```
2020/03/07 はりきり(Mr)
2020/05/25 追記(ウイルス濾過)
```
以上

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[Bio-Edu] 細胞・細菌・ファージ・マイコプラズマ・ウイルスの大きさ — ID11542 [2020/05/23]
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ID11542

はじめに

バイオロジクス研究を志す者として、必要となる関連知識は沢山あり、且つ学際的です。色んな事柄を知っておく事は、とにかく重要です。

今回は、バイオロジクスの遺伝子組換えのホスト細胞としてよく使われる動物細胞を基準に、疾病の原因であるウイルスやホスト細胞としても良く使われる大腸菌などの大きさを確認しておきましょう。

生物ごとの大きさ(1)

細胞、細菌、ウイルス、ファージの大きさは、一言で以下の通りです。

単位

3桁毎の単位として、m(ミリ)の1/1,000はμ(マイクロ)、μの1/1,000はn (ナノ)です。m(メーター)の1/1,000を表すのにmm(ミリメーター)とします。以下、μとnを使って、それぞれからの1/1,000を表します。

1mm = 1,000μm = 1,000,000 nm

大きい > 細胞 > 細菌 > ファージ > ウイルス > 小さい

cell microbial phage

病原体：ウイルスと細菌と真菌（カビ）の違い — 大幸薬品
https://www.seirogan.co.jp/fun/infection-control/infection/dengerous_pathogen.html

生物ごとの大きさ(2)

実は、これら以外に、真菌、マイコプラズマ、リケッチア、ファージも役者として追加してみます。

真菌の形は、球菌 (球状)､桿菌 (棒状)、らせん菌 (らせん)などと色々あるため、大きさを定めのは難しいですが、細胞あたりの大きさに設定しました。
- 大きい
- 細胞(10μm) | 真菌
- 細菌(5μm)
- ファージ(0.025μm ~ 0.2μm)
- マイコプラズマ(0.2μm ~ 0.8μm)
- リケッチア (0.1μm ~ 2μm)
- ウイルス(0.02μm (20nm) ~ 0.1μm)
- 小さい
大きい > 細胞 | 真菌 > 細菌 > ファージ > マイコプラズマ > リケッチア > ウイルス > 小さい

以上、ウイルスと細菌の大きさの違い – 秋田大学　大学院医学系研究科・医学部 – より
http://www.med.akita-u.ac.jp/~doubutu/kansensho/virus17/virus2-2.html

リケッチアを含む「微生物」の大きさ
臨床微生物学基礎編より
http://www.kankyokansen.org/common/fckeditor/editor/filemanager/connectors/php/transfer.php?file=/publication/edu_03_pdf/uid000001_332D325F32332E706466

3 マイコプラズマの検出と除去・予防 – より
最小の自由生活・自己複製微生物、大きさ: 0.2μm~0.8μm、細胞質を持たない単純な原核細胞、180種類以上が確認されている
http://www.lonzabio.jp/pdf/mycoplasma.pdf

微生物の特徴

実利増殖遺伝子核膜細胞壁
ウイルス無 DNA or RNA 無無
細菌有 DNA 無有(まれに無)
真菌有 DNA 有有
原虫有 DNA 有無

目でみる真菌症シリーズ2
http://www.pf.chiba-u.ac.jp/medemiru/me02.html

細菌を包んでいる膜
- グラム陽性菌 (菌の内側から)
  - 分厚い「細胞膜」: リポタイコ酸、タイコ酸
  - 薄い「細胞膜」 : 二重膜
- グラム陰性菌 (菌の内側から)
  - 薄い「外膜」 : 二重膜(ポーリン孔、リポ多糖)
  - 薄くて弱い「細胞壁」: ペリプラスム空間
  - 薄い「細胞膜」: 二重膜
大腸菌

実験者の間では、E.coli(いーコリー)と言ったりもします。

遺伝子組換えに使用される大腸菌は、グラム陰性菌です。組換え産生タンパク質は、ペリプラスム空間に溜まる場合は、比較的、立体構造を保っている場合があります。

臨床微生物学基礎編
http://www.kankyokansen.org/common/fckeditor/editor/filemanager/connectors/php/transfer.php?file=/publication/edu_03_pdf/uid000001_332D325F32332E706466

臨床微生物学基礎編
https://www.med.kindai.ac.jp/transfusion/ketsuekigakuwomanabou-252.pdf

まとめ

生物は細胞で作られています。細胞は一つの生命活動の単位です。その細胞内に似ているものの生物としてヒトや動物を形作らい面々がいます。一般的に病原体と呼ばれています。

これらは、細胞に似ているから病原体になるのかもしれません。

この解説では、以上のような背景を踏まえて、それぞれの大きさいを比較しました。

以上

編集履歴
```
2020/03/07 はりきり(Mr)
2020/05/06 追記 (生物ごとの大きさ(2))
2020/05/09 文言整備
2020/05/23 追記 (真菌、大腸菌)
2021/10/31 追記 (単位の説明を修正)
```
2020年3月7日