タイトル未定2026/02/13 19:34
日本語訳
培地
· 記事
· ノート
· 言語
· PDF版ダウンロード
· 閲覧
· 編集
「文化媒体」あるいは「媒地」とは異なります。
培地（Growth medium または Culture medium）とは、微生物や細胞の集団、あるいは小型植物（例：ヒメツリガネゴケ Physcomitrella patens）の増殖（細胞増殖）を促進するために設計された、固体、液体、または半固体の物質である。様々な種類の培地が、異なる種類の細胞の培養に使用されている。
寒天培地 – 細菌用培地の一例。特にストリーク法による寒天平板；オレンジ色の線と点は細菌のコロニー。
培地は大きく二つに分類される。一つは、植物や動物に由来する特定の種類の細胞に使用される細胞培養用、もう一つは、細菌や真菌などの微生物の増殖に使用される微生物培養用である。微生物用の最も一般的な培地は、液体培地（nutrient broth）および寒天培地（agar plate）である。微生物培養や細胞培養には、特殊な培地が必要となる場合がある。好酸性生物（fastidious organisms）と呼ばれる一部の微生物は、複雑な栄養要求性を持つため、特別な環境を必要とする。例えば、ウイルスは偏性細胞内寄生体であり、生きた細胞を含む培地を必要とする。
---
培地の種類
米国食品医薬品局の科学者が Salmonella を試験している様子。
Salmonella の細菌培養。
微生物用の最も一般的な培地は、液体培地（nutrient broth）またはLB培地（lysogeny broth medium）である。液体培地はしばしば寒天（agar）と混合され、無菌培地分注器を用いてペトリ皿に分注され、固化させる。これらの寒天培地（agar plates）は微生物培養用の固体培地を提供し、固化した状態を保つ。なぜなら、寒天を分解できる細菌はほとんどいないからである（例外：Cytophaga属、Flavobacterium属、Bacillus属、Pseudomonas属、Alcaligenes属の一部の菌株）。液体培地で増殖した細菌は、しばしばコロイド懸濁液を形成する[4][5]。
細胞培養用培地と微生物培養用培地の違いは、生物個体全体から得られ培養された細胞は、通常、生体内（in vivo）で存在するホルモンや成長因子などの特定の物質を添加しなければ増殖できないことである[6]。動物細胞の場合、この問題は血液血清または合成血清代替物を培地に添加することで解決されることが多い。微生物の場合は、通常は単細胞生物であるため、そのような制限はない。もう一つの主な違いは、培養中の動物細胞はしばしば細胞が付着する平らな表面で培養され、細胞を覆う液体培地を与えられることである。対照的に、Escherichia coli のような細菌は、固体培地または液体培地のいずれでも培養できる。
培地の種類を区別する重要な特徴は、化学成分既知培地（chemically defined）と天然培地（undefined media）の違いである[1]。化学成分既知培地は、全ての成分の量が正確に分かっている。微生物の場合、この種の培地は、微生物が必要とする微量栄養素とビタミン、そして特に明確な炭素源と窒素源を含む。炭素源としてはブドウ糖やグリセロールがよく用いられ、無機窒素源としてはアンモニウム塩や硝酸塩が用いられる。天然培地は、酵母エキスやカゼイン加水分解物のような複合成分を含み、これらは未知の割合で様々な化学物質の混合物を含んでいる。天然培地は、価格や必要性から選ばれることもある。なぜなら、一部の微生物は化学成分既知培地で培養されたことがないからである。
培地の良い例として、ビール醸造に用いられる麦汁がある。麦汁は酵母の増殖に必要な全ての栄養素を含んでおり、嫌気的条件下ではアルコールが生成される。発酵が完了すると、培地と休止状態の微生物の混合物、すなわちビールが消費可能となる。培地の主な種類は以下の通りである。
· 基本培地
· 最少培地
· 選択培地
· 鑑別培地
· 輸送培地
· 指示薬培地
---
基本培地
基本培地は、ほとんどの細菌の増殖に必要な全ての成分を含んでおり、選択性がないため、一般的な培養や実験室のカルチャーコレクションに保存されている細菌の維持に使用される。
無菌的に寒天培地上で増殖する Physcomitrella patens（ペトリ皿、直径9 cm）。
天然培地（Undefined medium）（基礎培地または複合培地とも呼ばれる）は、以下の成分からなる：
· 炭素源（例：ブドウ糖）
· 水
· 各種塩類
· アミノ酸源および窒素源（例：肉エキス、酵母エキス）
この培地は、アミノ酸源が多様な化合物を含み、正確な組成が不明であるため、天然培地とみなされる。
化学成分既知培地（Defined medium）（化学成分既知培地または合成培地とも呼ばれる）は、以下の特徴を持つ：
· 使用される全ての化学物質が正確に分かっている。
· 酵母、動物組織、植物組織を含まない。
この種の培地の例：
· 普通寒天培地（nutrient agar）
· 標準寒天培地（plate count agar）
· トリプチケースソイ寒天培地（trypticase soy agar）
---
最少培地
増殖を支えるのに十分な成分のみを含む化学成分既知培地は、「最少培地（minimal medium）」と呼ばれる。最少培地に添加する必要のある成分の数は、培養する微生物の種類によって大きく異なる[7]。最少培地は、コロニー増殖に最小限の栄養素しか含まない培地であり、一般的にアミノ酸を含まず、微生物学者や遺伝学者が野生株を培養するためによく使用される。最少培地は、組換え体や接合後代を選択または排除するためにも使用できる。
最少培地は一般的に以下の成分からなる：
· 炭素源。ブドウ糖のような糖、またはコハク酸のようなより低いエネルギー源の場合がある。
· 各種塩類。細菌の種類や増殖条件によって異なるが、一般的にマグネシウム、窒素、リン、硫黄などの必須元素を供給し、細菌がタンパク質や核酸を合成できるようにする。
· 水。
最少培地補足版（Supplementary minimal media）は、最少培地に特定の選択物質、通常はアミノ酸または糖を添加したものである。この補足により、特定の栄養要求性を持つ組換え株を培養できるようになる。
---
選択培地
Campylobacter 分離用の、血液を含まない木炭ベースの選択寒天培地。
血液寒天培地は感染症診断によく用いられる。右側は Staphylococcus 培養陽性、左側は Streptococcus 培養陽性。
選択培地（Selective media）は、特定の微生物のみの増殖に使用される。例えば、ある微生物がアンピシリンやテトラサイクリンなどの特定の抗生物質に耐性を持つ場合、その抗生物質を培地に添加することで、耐性を持たない他の細胞の増殖を防ぐことができる。プロリンなどのアミノ酸を欠く培地は、そのアミノ酸を合成できない E. coli と共に、ゲノム時代以前の遺伝学者によって細菌染色体のマッピングにしばしば使用された。
選択培地は、抗生物質耐性や特定の代謝産物合成能など、特定の特性を持つ細胞の生存や増殖を確実にするために細胞培養でも使用される。通常、特定の遺伝子またはその遺伝子の対立遺伝子を持つことで、細胞は選択培地で増殖する能力を得る。この場合、その遺伝子はマーカーと呼ばれる。
真核細胞用の選択培地には、しばしばネオマイシンが含まれ、ネオマイシン耐性遺伝子をマーカーとして持つプラスミドで形質転換に成功した細胞を選択する。ガンシクロビルはこの規則の例外であり、そのマーカー（単純ヘルペスウイルスチミジンキナーゼ遺伝子）を持つ細胞を特異的に殺すために使用される。
4種類の寒天培地は、細菌の代謝に基づく鑑別的な増殖を示している。
選択培地の例：
· エオシン・メチレンブルー寒天（EMB）：グラム陽性細菌に毒性のある色素を含む。大腸菌群に対する選択培地かつ鑑別培地。
· YM寒天（酵母エキス寒天）：低pHであり、細菌の増殖を抑制する。
· MEA寒天（麦芽エキス寒天）：低pHであり、細菌の増殖を抑制する。
· マッコンキー寒天：グラム陰性細菌用。
· ヘクトイン腸内細菌寒天：グラム陰性細菌に対する選択培地。
· HIS選択培地：アミノ酸のヒスチジンを欠く細胞培養用培地の一種。
· マンニット食塩寒天：グラム陽性細菌に対する選択培地、かつマンニット発酵に対する鑑別培地。
· キシロース・リジン・デオキシコール酸寒天（XLD）：グラム陰性細菌に対する選択培地。
· 緩衝木炭酵母エキス寒天（BCYE）：特定のグラム陰性細菌、特に Legionella pneumophila に対する選択培地。
· ベアード・パーカー寒天：グラム陽性ブドウ球菌用。
· サブロー寒天：特定の真菌に対する選択培地。低pH（5.6）と高濃度のブドウ糖（3–4%）のため。
· DRBC寒天（ジクロラン・ローズベンガル・クロラムフェニコール寒天）：食品中の真菌および酵母の計数用の選択培地。ジクロランとローズベンガルは真菌コロニーの増殖を抑制し、増殖の早い菌株の過剰増殖を防ぎ、正確なコロニー計数を可能にする[8]。
· MMN培地（改変メリン＝ノルクランス培地）および BAF培地：外生菌根菌用[9][10]。
· コロンビア・ナリジクス酸寒天（CNA）：抗生物質（ナリジクス酸とコリスチン）を含み、グラム陰性生物を抑制し、グラム陽性細菌の分離を可能にする[11]。
---
鑑別培地
UTI寒天は、尿路感染症の主な原因微生物を鑑別するための発色培地である。
鑑別培地または指示薬培地（Differential or indicator media）は、同一培地上で増殖するある微生物を別の微生物から区別するのに役立つ[12]。これらの培地は、特定の栄養素や指示薬（例：ニュートラルレッド、フェノールレッド、エオシンY、メチレンブルーなど）の存在下で増殖する微生物の生化学的特性を利用し、培地に添加されたこれらが微生物の特定の特徴を可視化する。これらの培地は微生物の検出や、分子生物学者が細菌の組換え株を検出するために使用される。
鑑別培地の例：
· 血液寒天（レンサ球菌検査に使用）：ウシ血液を含み、Streptococcus pyogenes や Staphylococcus aureus などのβ溶血性生物の存在下で透明化する。
· エオシン・メチレンブルー寒天：乳糖発酵の鑑別用。
· グラナダ培地：Streptococcus agalactiae（B群レンサ球菌）に対する選択・鑑別培地で、この培地上で特徴的な赤色コロニーを形成する。
· マッコンキー寒天：乳糖発酵の鑑別用。
· マンニット食塩寒天：マンニット発酵の鑑別用。
· X-galプレート：lacオペロンの変異株の鑑別用。
---
輸送培地
輸送培地（Transport media）は以下の基準を満たすべきである：
· 検査室へ輸送中の検体の一時的な保管場所となる。
· 検体中の全ての生物の生存を維持し、その濃度を変えない。
· 緩衝液と塩類のみを含む。
· 炭素、窒素、有機成長因子を含まず、微生物の増殖を防ぐ。
· 嫌気性菌分離用の輸送培地は、分子状酸素を含まないものでなければならない。
輸送培地の例：
· チオグリコレート液体培地：偏性嫌気性菌用。
· スチュアート輸送培地[13][14]：栄養分を含まない軟寒天ゲルで、酸化を防ぐ還元剤と中和用の木炭を含む。
· 淋菌用には特定の細菌発育抑制物質を含むもの、腸内細菌用にはグリセロール生理食塩水緩衝液が用いられる。
· VR培地（Venkataraman Ramakrishna培地）：V. cholerae 用。
---
富化培地
富化培地（Enriched media）は、好酸性生物を含む多様な微生物の増殖を支えるために必要な栄養素を含んでいる。一般的に、検体中に存在する可能性のある微生物を可能な限り多く収穫するために使用される。
· 血液寒天は富化培地の一種であり、栄養豊富な全血を基礎培地に添加したものである。
· チョコレート寒天は、加熱処理（40–45 °C）された血液で富化された培地であり、血液が褐色に変化し、その色が培地名の由来となっている[15]。
---
生理学的関連性
培地の選択は、組織培養実験から得られる研究結果の生理学的関連性（physiological relevance）に影響を与える可能性があり、特に代謝研究の場合に顕著である[16]。さらに、細胞株の代謝遺伝子への依存性は、培地の種類によって影響を受けることが示されている[17]。複数の細胞株を用いた研究を行う場合、全ての細胞株に均一な培地を使用することで、生成されるデータセットのバイアスを軽減できる可能性がある。栄養素の生理学的レベルをより適切に反映する培地を使用することで、in vitro研究の生理学的関連性を改善することができ、近年ではそのような培地、例えばプラズマックス（Plasmax）[18]やヒト血漿類似培地（HPLM）[19]が開発されている。
---
哺乳類細胞用培地
細胞培養培地の選択は、効率的な哺乳類細胞培養のための重要な要素であり、細胞増殖、生産性、バッチ間の一貫性に大きな影響を与える[20]。タンパク質発現においては、培地の選択は、グリコシル化などのプロセスを通じて、生産されるタンパク質の治療特性にも影響を及ぼす可能性がある[21]。血清含有培地、無血清培地（SFM）、無タンパク質培地、化学成分既知培地など、様々な種類の培地には、それぞれ異なる利点と欠点がある。
· 血清含有培地：多くの成長因子を含むが、ばらつきやコンタミネーションの問題を引き起こす可能性がある。ウシ胎児血清（FBS）は、細胞増殖を強力に支持する能力があるためよく使用されるが、成分が一定でないためバイオセーフティ上の懸念を生じることが多い[20]。
· 無血清培地（SFM）：標準化された製剤を提供し、信頼性を高め、コンタミネーションのリスクを低減する。アミノ酸、ビタミン、ブドウ糖などの必須栄養素を含むように設計されているが、時に血清含有培地よりも増殖性能が低い場合がある[22]。
· 無タンパク質培地および化学成分既知培地の開発は、細胞培養プロセスにおけるより高い一貫性と制御を目指している。
結論として、培地の組成は細胞生存率と生産性に直接影響を及ぼすため、哺乳類細胞培養の成功には、培地の慎重な選択と設計が極めて重要である。
