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★分子栄養学(三石理論):生物としての細菌

A 細菌が変えた地球環境
 地球上の生物は、原核生物と真核生物に大別されています。真核生物には動植物のほか菌類(カビやキノコのなかま)や原生生物(アメーバのような単細胞生物)が属しています。原核生物は、真核生物以外の細菌や古細菌をまとめた呼び方です。

 現在、地球上にすむ生物は命名されたものだけでも200万種とされていますが、すべての生命体の歴史をさかのぼると共通の祖先である細胞に行きつきます。
 生物を系統的に分類する方法として、タンパク質やDNA・RNAに残されている分子進化の跡を調べる学問は「分子系統学」といわれ、その成果として1970年代に、生物界を三つの領域(ドメイン)に分類する「三ドメイン説」が成立しました。
 原始の細菌群のなかで、太陽エネルギーを利用して光合成をするなかまが生まれ、シアノバクテリア(藍色細菌)は光合成の効率が大きく合成産物として炭水化物のほかに酸素を発生させました。また真核生物のなかにはいりこんで葉緑体に変化しました。
 シアノバクテリアが爆発的に増殖し、大量の酸素を放出して地球環境を変えました。酸化力の強い酸素(活性酸素)の出現により、嫌気性細菌や古細菌群が死滅したり、酸素をエネルギーづくりに利用する好気性細菌を繁殖させることになったりしたのです。

B 細菌から動物型真核細胞へ
 酸素の毒性を逃れた嫌気性細菌は、海底や土中で微小な細菌を餌にし、シアノバクテリアの合成した炭水化物や脂肪をとりこむなどして生き延びました。
 細菌の間には、きびしい生存競争が展開されていたというのです。
 嫌気性細菌は、5億年の年月をかけてからだを大きくしていきました。
 からだの大型化は大量のタンパク合成を必要とします。やがて細胞膜が内部にくびれこんで小胞体が形成され、リボゾームがこれに付着するとタンパク質合成を安定してできるようになりました。
 陥入した膜の一部はDNAを包む核膜になりました。からだの内部に必要に応じてゴルジ体やペルオキシゾームなどの膜構造の小器官を発達させて始原真核生物への道をふみ出してゆきました。
 約18億年前、鞭毛をもって活発に動きまわっていた好気性細菌の共生という事態がおこりました。宿主となった細胞は、とりこんだ好気性細菌をエネルギーづくりの装置ミトコンドリアに変えました。このミトコンドリアをもつようになった真核細胞を動物型真核細胞といいます。

C 細菌の発見
 細菌という目に見えない生物の存在を、人類ではじめて明らかにしたのは、オランダのレーウェンフックでした。自作の顕微鏡で赤血球や精子や植物細胞など いろいろなものを観察し、数多くの報告をロンドン王立協会に送りましたが、そのなかでの細菌(バクテリア)の発見が第一の功績といわれています。
 レーウェンフックの研究は、後に『顕微鏡によってあばかれた自然の秘密』としてまとめられました。
 彼は、歯の付着物などいろいろなものを観察しスケッチしています。
 “私の歯は人なみすぐれて清潔なつもりだが、顕微鏡にかけると、白い粉のような物体が見える。これを雨水に入れると、小動物が泳ぎ出した。こまのように くるくるまわるものもいる。”といった記述が残されていますが、現代病といわれる歯周病の病原菌が、約300年前に姿をあらわしたのでした。
 一生の間に250個もの顕微鏡をレンズ磨きからはじめてつくり、すぐれた観察力を発揮したレーウェンフックは、科学史上にはじめて微生物を見た人として名を残しました。

D 病原菌の確認
 目に見えない小さな生物の存在が気づかれても、それが人間の生活環境にとってどんなかかわりをもっているのかが明らかになるまでには約200年という年 月を要したのでした。肉などの有機物の腐敗が微生物の繁殖によるとする考え方が定着し、食品にびん詰めという保存法が工夫されました。
 発酵についての研究や、伝染病予防のワクチンの発見など多くの業績で知られたフランスの化学者パスツールが、ワイン業者の委託を受けて、びん詰めして加熱する方法によりワインの品質を保つ方法を開発したというエピソードが伝わっています。
 科学的に病原菌を確認した人は、結核菌を発見したドイツのコッホでした。結核に関する研究により1905年度のノーベル生理学医学賞を受賞しています。
 コッホは病原菌の確認に必要な条件として四つの原則を示しました。それは「ある微生物が特定の疾患の原因であるためには、つねにその病変の中にみられる ことや、その微生物は分離され、体外で純粋培養でき、その培養菌によって動物に同じ症状をおこすこと、そのようにして病気になった動物から同じ菌がとり出 されること」というものでした。
 コッホの四原則がそれからの病原菌をつきとめる方法になり、1882年から約20年の間にチフス菌、結核菌、ジフテリア菌、ペスト菌、破傷風菌、コレラ菌などが次つぎとつきとめられてゆきました。
 こうしてさまざまな病原菌が確認され、人びとを脅かしていた伝染病に対しての治療法や予防法の探索がはじまり、サルファ剤や抗生物質の登場となります。

細菌を知る

A 敵になる菌・味方になる菌
 細菌の病原性は、その細菌が体外に放出する毒素エキソトキシンにより生まれます。  コレラ菌の毒素はコレラトキシンですが、腸に対する毒性という意味でエンテロ(エンテロはギリシア語の腸)トキシンともいいます。同じようにポツリヌス トキシンや破傷風菌毒素は神経系を傷害する毒性でありニューロトキシン(神経毒素)とよばれています。細菌の体内にある毒素はエンドトキシンです(下図参 照)。

 自然界には同じ生態系にすむ生物間に生じる生存競争があります。 細菌は生存競争を生きぬく自衛の手段としてのタンパク質をつくり、それは敵対する相手にとって毒となるわけです。
 毒性の弱い弱毒性菌もあれば、猛威をふるう伝染病に発展する強毒性の細菌もあります。
 感染しても感染症をひきおこすとはかぎりません。ヒトの体内にすみつき、他の病原菌の侵入を防いだり、ビタミンなどの有用物をつくって供給したり、有害 物を無毒化したり、あるいは食物の消化を助けたりする細菌集団は、一生を通じて共生し、健康状態を左右することが知られています。

B 抗生物質・抗菌剤
 二つの生物間の生存競争において、一方が致命的であることを“抗生作用”といいます。
 抗生作用という語は、“2個の生物が密接に接触し、一方が他方に破壊的な作用を及ぼすこと”と定義されており、密接に接触している2個の生物の一方が他方を殺すために産生する物質が抗生物質ということになります。
 ペニシリンを発見したフレミングは、ブドウ球菌を溶かしたカビの培養液の作用は抗生作用であると考えたと伝えられています。
 このように微生物がつくる抗生作用物質がはじまりだったので、ペニシリンやストレプトマイシンなどは、人工的に合成された化学療法剤のサルファ剤などと区別されていましたが、今日ではこの区別にこだわらずに“抗菌薬”と総称するようになりました。
 数かずの抗菌剤の登場での病原菌の抑えこみはわずか50年しかもたなかったとされています。その理由として指摘されたのが耐性菌の増加でした。

C 耐性菌
 細菌は不利な環境変化がおこると、病原性にかかわる遺伝子の発現を調節したり、数を増減させたり、ときには遺伝情報を変化させてしまったりして、多様ななかまをつくり出すので、そのなかの薬剤への抵抗性をもつように変化したものが優勢になり増殖するのです。
 米国で大学構内や牧場、国立公園などの土中に、抗菌薬を栄養源とする数百種類の細菌が発見されたという報告が科学誌『ネーチュア』にあります(2008年)。
 抗生物質は細菌同士の戦いの武器であり、細菌には人工物としての抗菌薬があらわれる以前から、相手に対抗する物質をつくる能力をもつものがあってもふしぎはありません。
 このような細菌間のバランスが、人工的抗生物質の濫用によって乱され、ほとんどの抗菌剤が効果をもたない多剤耐性菌まで発生させたというのです。

共生菌との関係

A マイクロバイオーム
 人体を構成している細胞数は60兆以上といわれます。同時にその10倍もの細菌がすみついていて、皮膚や口腔内や生殖器や腸管内などで細菌叢(マイクロバイオーム)とよばれるコミュニティを形成し、宿主細胞にいろいろの影響を与える生き方をしています。
 新生児は無菌の子宮から産道をくぐりぬけたとき、母親の共生微生物に出会います。母乳を飲み、いろいろな人や物やペットなどとの日常的な接触で、幼児期からすでに複雑な生態系が生じ共生関係をつくっているのです。
 最近、共生菌のタンパク合成装置リボゾームからRNA遺伝子をとり出し、遺伝子の塩基配列を解読する作業がすすめられ集積されたデータによって、知られていなかったその実態が明らかになってきました。
 ヒトの消化管にいる微生物の種類は1000以上であり、その多様な遺伝子を数えあげると330万にもなり、それはヒト遺伝子の150倍という数です。マイクロバイオームの成りたちは個々人で異なっており、一卵性双生児でも一致しないことがわかりました。
 人それぞれに異なっているものの、人体に有用な役割をする細菌由来の遺伝子が共通して発見されました。
 共生菌の研究者は、抗生物質の使用や衛生環境の変化が有用な善玉菌を減少させており、それが免疫システムを狂わせているといいます。アレルギー疾患や自己免疫疾患が、共生菌とのかかわりという視点で研究されています。

B 皮膚の常在菌
 免疫システムと常在菌とのかかわりについての従来の研究は、主に腸内細菌に焦点があてられていました。
 外界と接するところには必ず常在菌が存在しています。皮膚表面には、人種や性や年齢による差はあるものの約1兆個の細菌が共生しており、腸内細菌叢と同じように免疫応答の制御に役割をもっていることがわかってきたのは最近のことです。
 代表的な皮膚常在菌は表皮ブドウ球菌とアクネ菌で、後者は酸素の少ない毛穴の奥や角層の裏などがすみかです。
 皮膚常在菌は皮脂成分のトリグリセリド※の分解物グリセリンを餌にしています。皮脂の分解で生じる遊離脂肪酸は皮膚を弱酸性にしたり、炎症を防いだりして保護します。
 同じブドウ球菌ながら皮膚に対する病原性をもつのが黄色ブドウ球菌です。黄色ブドウ球菌は細胞間質のヒアルロン酸を分解する酵素を分泌して組織へ侵入し ます。湿疹や化膿性の感染症(とびひ)の原因になり、付着しただけでは洗い流せますが、バイオフィルムとよばれるバリアをつくってそのなかで増殖すること があります。バイオフィルムのなかにかくれた菌には抗生物質の作用がとどきにくく炎症の火種となります。
 最近、表皮ブドウ球菌がリンパ球(T細胞)の成熟に必要なシグナル伝達に役割をもつことが明らかになったと報告されています。

※トリグリセリド(中性脂肪)
脂肪は、グリセリンに脂肪酸3分子が結合した化合物なので、トリグリセリド(トリ=3)とよばれています。グリセリンは甘い粘性の高い液体で、水によく溶け、また体内では血糖に変えられます。

C 口のなかの細菌叢
 ヒトの口腔は構音器官としての機能をもつように進化しました。ことばは下図の三角形(母音三角)の部位をもとにつくり出されるのですが、喉頭蓋がもち上げられているときには、口と気道の間が閉鎖されないという変化を生じることになりました。

 唾液や食物があやまって気道へはいってしまう誤えんのリスクが生じて、呼吸器感染症にかかりやすくなったといわれています。
 唾液中にふくまれる細菌に粘膜免疫をはたらかせるのが扁桃ですが、はいってくる細菌・ウイルスの病原性が高かったり、多量であったりすると、慢性炎症の病巣に移行しかねません。
 いろいろの細菌のなかで、歯周ポケットにプラーク(歯垢)をつくる細菌が歯周炎の原因になりますが、なかでも嫌気性のグラム陰性菌が主犯で歯周病菌とよばれています。
 長期の慢性炎症状がつづくと、全身の血管内皮からNO(一酸化窒素)を発生させ、循環器疾患を招くリスクにもなるのです。

D 炎症カスケード
 グラム陰性菌は体表の外膜にLPS(リポ多糖)をもっています。LPSは宿主のマクロファージや線維芽細胞に作用してプロスタグランディンやTNF-α(腫瘍壊死因子)などの炎症性サイトカインを放出させます。

 炎症にひきよせられた免疫細胞は活性酸素やプロテアーゼによって組織を傷つけ、破壊された細胞がさらに炎症を増大させるという炎症カスケードが病変をひろげてゆくと警告されるようになりました。
 細菌感染症としての歯周病では、抗生物質の使用は不可とされています。口腔の病原菌はバイオフィルムでおおわれていて薬剤への耐性が大きいため、無害な細菌を減少させる結果になるというのです。
 口腔細菌叢では、宿主のレセプターと結合するグラム陽性菌が新生児の時代から定着していてグラム陰性菌とのバランスを保つことが望ましいのです。グラム 陽性菌はpHを下げたり抗菌物質バクテリオシンをつくったりしてグラム陰性菌の増殖を抑制し、LPSを生体から排除する役をしています。
 歯磨きによってグラム陰性菌は除去され、グラム陽性菌は除去されないことが知られており、ヨーグルトのようなプロバイオティクスはグラム陽性菌です。

メグビーインフォメーションVol.386「ヒトと細菌」より


ww.megv.co.jp/メグビーさんちから転載しました。
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