微生物学は、微生物 (または微生物) を研究する科学です。
微生物は非常に多様な集団を構成しており、孤立した細胞の状態や集団で存在しています。小さいです。
微生物細胞を植物または動物から区別するにはどうすればよいですか?動物細胞と植物細胞は自然界では孤立して生きることができません。彼らは常に多細胞状態にあります。ウイルスは自律的ではなく、他の個体の細胞機構を乗っ取らずに複製できないため、微生物ではありません。
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歴史的
- 古代以来、肉眼では見えない伝染性の感染病原体の存在が想定されてきました。
- 1546年: ジェローム・フラカストールは、病気の伝染は生きた細菌によるものであり、これを「セミナリア」と呼んだ。
- 1677年:オランダの顕微鏡学者アントワーヌ・ファン・レーウェンフックが細菌を発見。
- 1828: クリスチャン・ゴットフリート・エーレンベルクが細菌という用語を初めて使用しました。
- 1840年:ドイツの病理学者ヤコブ・ヘンレが病気の「細菌理論」を提唱。
- 1857-1876:ルイ・パスツールは乳酸発酵とアルコール発酵における微生物の役割を強調しました。彼は、微生物の純粋培養を確立できる低温殺菌および滅菌技術を開発しました。培養の可能性により、自然発生が異常であることを証明することができました。
- 1877-1895: ルイ・パスツールは、病気がこれらの微生物の存在の結果であることを実証しました。ワクチン接種(天然痘– ウイルス性疾患についてはエドワード・ジェンナー以来知られている)と同様に、特定の病気の起源に関する最初の体系的な研究。
- 1873 ~ 1882 年:ロベルト コッホは結核の原因となる桿菌 (Mycobacterium tuberculosis) に焦点を当てました。コッホは、特定の細菌が感染症の原因であることを厳密に証明できる規則 (現在でも使用されています) を確立しました。
- 1884: ハンス・クリスチャン・グラムは、細菌をグラム陽性菌とグラム陰性菌という 2 つの大きなグループに分類し研究する際に最も広く使用されている染色技術を開発しました。
- 1912:パウル・エールリッヒが梅毒に対する最初の効果的な治療法 (ヒ素誘導体) を発見しました。細菌性疾患が化学療法剤で治療されたのはこれが初めてである。
- 1917年: Frederick TwortとFelix d’Herelleによるバクテリオファージの発見。
- 1928: フレデリック・グリフィスが細菌の形質転換を発見し、分子遺伝学の基礎を確立しました。
- 1929年:アレクサンダー・フレミングは、ペニシラム菌が生産するペニシリンの抗菌特性を発見しました。人類は抗生物質の時代に入りつつあります。
- 1944年: アルバート・シャッツとセルマン・ワクスマンが別の抗生物質、ストレプトマイシンを発見。これは間もなく結核に対して使用されることになる。
- 1960: François Jacob 、David Perrin、Carmen Sanchez、 Jacques Monod が、細菌の遺伝子発現を制御するためのオペロンの概念を提案しました。
- 1977: カール・ウースはリボソーム RNA を研究し、細菌や真核生物とは遺伝的に異なる第三の生命形態である古細菌を発見しました。
- 1986: 細菌Thermus aquaticusの酵素を使用して、 Kary Mullis がPCR (ポリメラーゼ連鎖反応)テクノロジーを発明しました。 PCR 技術は分子生物学の基本ツールとなっています。
- 1995年: TIGRのCraig Venterと彼の同僚により、最初の細菌ゲノム(インフルエンザ菌)の完全な配列が決定された。微生物学はゲノミクスの時代に入りつつあります。

分類
内部構造の分析により、原核生物(または原核を備えた細菌) と真核生物(真の核を備えた) という 2 つの微生物グループを決定することが可能になりました。
- 原核生物 (実際には異なるランクの分類群を含む多系統のグループ)
- 古細菌、古細菌
- 真正細菌
- 真核生物 (単系統群または単純な分類群)
- 藻類
- キノコ
- 原生動物
2 つのグループは、系統発生の観点から非常に早い段階で分化しました。
特徴
原核生物(または細菌)
完全な核を欠いているため、少なくとも 2 つの異なる分類群に属します。
- 古細菌は、基本的に極限環境に生息する嫌気性種 (酸素を必要としない、または多くの場合、酸素に耐えられない) のみを含むため、特定のグループです。つまり、極限環境生物のことを指します。極限環境は、生物細胞が耐えられる条件の限界にあります(非常に酸性または非常にアルカリ性の塩水環境、沸騰に近い温度の環境)。古細菌は極限環境微生物であるだけでなく、湿地や反芻動物の第一胃などの古典的な生活環境に生息する、より一般的な生物でもあります。たとえほとんどの極限環境微生物がその中に見つかったとしても、古細菌は極限生物と組織的に関連付けられるべきではありません。
- 私たちの日常生活、土壌、食品などに真正細菌が存在します。それらは最もよく知られている細菌です。ただし、一部の真正細菌は極限環境微生物でもあります。
これらの微生物は、これらの条件に抵抗するメカニズムを備えています。
他の治世
現代の系統発生体系は、以前は動物界、植物界、さらには菌類界に分類されていた種の原核生物間の再分類につながります(通常、現代の生物分類によればすべての真核生物種)。
さらに、多細胞真核生物種(植物と動物の両方)は、細胞間環境または空洞器官に特定の細菌が存在しなければ生きていけません。細菌は合成に関与します(特に、合成と同化に根粒菌科の細菌を使用する飼料植物では)。窒素の)または特定の有機化合物の分解(例えば消化)、および他の細菌またはウイルス種(無秩序な非共生発達のため病原性)との活発な戦い。
同様に、微生物学は、すべての真核生物および多数の原核生物の核または細胞質に存在し、そこで内因性の寄生虫共生(エンドサイトーシス)で「生きている」偽細胞「種」(細胞小器官)にますます関心を集めており、それらの起源がそれは古細菌、またはさらに古い種のものです。
真核生物または原核生物の細胞生物の定着のこの様式は、生命の別の領域であるウイルスで使用されている様式に似ており、まだどの領域にも分類されておらず、現在、特に医療の必要性(抗ウイルス薬や遺伝子治療)の必要性のために現代のウイルス学によって積極的に研究されています。 、だけでなく、農業上のニーズ(遺伝子組み換え生物)のための植物学や動物学でも。場合によっては、細胞の遺伝子改変を担うこれらのウイルス(多くの場合、遺伝子改変も行われる)を培養および輸送するためのベクターとして細菌が使用されます。
したがって、原核生物の基礎研究は、古典的な 5 つの界の他のすべての種の進化を理解するために不可欠であり、現在ではウイルス学と分子生物学のより最近の研究にも基づいています。
真核生物
真核生物は、細胞小器官 (核、色素体、ミトコンドリアなど) を囲む内部膜系を持っています。それらは原核生物には存在しない内部細胞骨格(アクチン、チューブリン)を持っており、そのためサイズが原核生物よりも大きくなることがよくあります。
真核生物の各グループには原核生物(古細菌または真正細菌)の中に祖先があり、現在の真核生物の核に存在するミトコンドリア(およびおそらく葉緑体などの他の細胞小器官も)にも少なくとも別個の原核生物の祖先があったと推定されています。人類はこの古代の細菌に定着して寄生共生(内部共生)し、細菌なしではもはや生きられないすべての真核生物を形成したであろう。
実際、ミトコンドリアには、特定の内部細胞骨格、複雑な外部膜構造、原核(膜はないが構造はある)と呼ばれる血漿ゾーンに収容された特定の内部遺伝物質が見られます。たとえミトコンドリアが宿主細胞の助け(宿主細胞はミトコンドリアの成長と分裂に必要な実質的にすべての物質をミトコンドリアに提供するので、ミトコンドリアにはもはや必要のない生殖機能を失っているでしょう)。
藻類
菌類や原生動物とは異なり、藻類は光合成を行うことができるクロロフィル色素を持っています。
藻類は土壌、植物、淡水、海水に存在します。それらは独立栄養性です。
キノコ
真菌は土壌、植物、植物の破片、地衣類、人間の寄生虫、動物、植物に存在します。
- 注: 単細胞真核生物である酵母は真菌です。酵母には、 Saccharomyces cerevisiae (パン酵母)、 Candida属 (カンジダ症の原因)、 Rhodotorula (赤く着色するザワークラウトに時々見られる)、 Schizosaccharomycesなど、多くの種があります。
キノコは「吸収栄養生物」です。吸収によって摂食します。それらは外部環境でポリマーを消化する酵素を分泌します。この化学メカニズムは、例えば炭水化物をモノマー (小分子) に変換し、吸収されます。
原虫
原生動物は、(藻類とは異なり)細胞壁を持たない単細胞生物です。土壌、淡水、海水中に存在するだけでなく、人間や動物の寄生虫としても見られます。原生動物は細胞壁を持たないため、ピノサイトーシスとエンドサイトーシスによって摂食します。
他の治世
微生物には分類されませんが、植物界(藻類に親和性がある)および動物界(原生動物に親和性がある)も真核生物に分類されます。それらは単細胞状態で生きたり繁殖したりしないため、微生物として分類されません。
微生物の大きさ
冒頭で述べたように、微生物は非常に小さいです (それがその名前の由来です)。
- 原核生物 (細菌): 約 0.5 ~ 3 μm (幅)、長さの制限なし。人間の目の分解能は 100 μm (10 -6 m または 0.1 mm) であるため、これらの微生物はすべて肉眼では見えません。
- 真核生物: 2 ~ 200 μm (幅) と非常に多様ですが、長さに制限はありません。特定の真核生物は肉眼で見ることができますが(特に藻類)、その他の真核生物は凝集体の形でしか見えません(菌類の場合、その原形質壁はそのサイズに比べて非常に長いフィラメントを放出します)。すべての真核生物がこのように集合するわけではありません (特に、肉眼では見えない原生動物)。
表面積と体積の比率はサイズによって直接影響されます。球などの単純な形状を考慮すると、表面積はサイズの2 乗( rが球の半径の場合、4π r 2 ) に比例します。体積はサイズの3 乗(4/3π r 3 ) に比例するため、表面/体積比はr (3/ r ) に反比例します。
これは微生物が摂食する速度を条件付けます。食物は細胞膜を通過するため、吸収速度は表面積に比例しますが、摂食される量は体積に比例します。したがって、栄養素と老廃物が出入りする速度はサイズに反比例します。したがって、細菌が小さければ小さいほど、より早く栄養を摂取することができます。サイズが小さいことを、非常に高速 (非常に速い成長率) で増殖することで補います。
微生物の培養
環境の豊かさ
微生物には以下が必要です。
- 炭素源から
- 独立栄養生物の場合は、大気中の CO 2 (鉱物性炭素) で十分です。
- 従属栄養生物の場合、有機分子 (CH 4 、オーシスなど) に由来します。
- マクロエレメント(培地中の濃度からそう呼ばれています)
- C、H、O、N、S、Na、Mg、P、K
正しい環境では、元素である炭素、窒素、リンが100/10/1 の割合で存在する必要があります。
- 微量元素の
- Cu、Co、Zn、Cl、Fe…
- 窒素源から
- ミネラル由来(アンモニウム塩)
- 成長因子
- ビタミン、アミノ酸
- 二酸素または分子状酸素
- 本格的なエアロビクス向け
- – または –
- 二酸素(または分子状酸素)の欠如 厳密な嫌気性菌。これらの微生物は、好気性の微生物とは異なり、同時に H 2 O 2を分解するカタラーゼを持っていないため、O 2と H 2 O の反応によって生成される過酸化酸素(H 2 O 2 ) が微生物を毒します。
発酵を利用する能力のおかげで、酸素の存在下でも非存在下でも増殖できる通性好気性微生物や、特定の酸素圧でのみ増殖する微好気性細菌もあります。
- 物理化学的要因:
- 温度係数については、微生物の最適な増殖に応じて 3 つのカテゴリーに分類されます。低温菌の最適温度は15℃、中温菌の最適温度は37℃、好熱菌の最適温度は65℃です。
微生物の増殖を止めるには-18℃以下にする必要があります。 3°Cでは、病原性細菌(中温菌、したがって体温で毒性)または有毒細菌に関連するリスクはほとんどありませんが、これらの温度で生息するいくつかの細菌のみが危険です(リステリア菌)。 - pH値については、乳酸菌を除く細菌は中性を好むと考えられます。酵母やカビにとって、最適な pH はより酸性です。 (pH=5)
- 温度係数については、微生物の最適な増殖に応じて 3 つのカテゴリーに分類されます。低温菌の最適温度は15℃、中温菌の最適温度は37℃、好熱菌の最適温度は65℃です。
文化環境の多様性
培地には次の 2 種類があります。
- 合成物質: 完全な化学組成を与えることができる媒体。合成培地は基礎研究に使用されます。
- 経験的: 構成が部分的にしか知られていない環境。
そして、この2種類の培地の中には選択培地(そこで増殖する微生物の種類を選択できる培地)があります。したがって、特定の種類の細菌のみを増殖させるか (例: 糞便性大腸菌群には mFC 培地、特定の病原体には血液寒天培地)、あるいは逆に、培地に抗生物質を添加して酵母菌の増殖を促進するかを選択できます。 。上述したように、接種された培地がインキュベートされる温度も選択因子を構成します。
培地には、アミノ酸、ビタミン、窒素源となる酵母抽出物(脱水および溶解した酵母細胞)、炭素源となる麦芽抽出物、有機窒素源となるペプトン(動物性タンパク質、魚、牛乳カゼイン)が含まれる場合があります。従属栄養個体への興味。
これらの媒体は液体または固体のいずれかです。培地を固めるには、60℃以下で水と固体のゲルを形成する性質を持つ紅藻類から採取される糖の重合体である寒天がよく使われます。
殺菌
滅菌とは、対象物から微生物を永続的に除去する操作です。微生物学における滅菌の目的は、一方では研究環境に導入された微生物を制御することであり、他方では外部環境や人の汚染を避けることです(衛生に関する記事も参照)。
培地を滅菌するには 3 つの方法があります。熱、ろ過法、放射線および化学薬品(ガス)の使用による破壊
暑さ
「乾式」熱プロセスと「湿式」熱プロセスは区別されます。

- 乾熱:
- 湿った熱:
- オートクレーブ: この技術は、密閉されたチャンバー内で水を沸騰させて圧力を高め、沸点100°C を超えるものです (プレッシャークッカーの原理)。これは121℃で少なくとも15分間行われます。
特殊なケース: 低温殺菌とチンダル化
この技術は細菌叢の一部のみを破壊します。これは決して滅菌技術ではありません。
チンダリゼーションは、一定の間隔で 70°C の温度で一連の短い加熱を行います (1時間の加熱を 3 回、2 回の加熱の間は 24 時間)。これにより、耐性菌が発芽して次の加熱時にそれらを殺す可能性が形成されます。たとえば、牛乳中の病原菌の破壊は、63℃で 30 分間、その後 73℃で 15 分間というサイクルによって行われます。
煮沸は殺菌方法ではありません。胞子形成型の細菌は、100°C で 8 時間 30 分まで耐性があります。
濾過
濾過は、孔径0.2 μm のフィルターに液体を通過させる技術です。微生物は大きすぎて通過できないため、フィルターによって保持されます。この液体をフィルターに強制的に通過させるには、次の 2 つの解決策が使用されます。
- ピストンによる液体の加圧。
- たとえば、フィルターの反対側に減圧された筐体を作成することによって液体を吸引します。
この技術は、特定の芳香族アミノ酸、ビタミン、成長ホルモン、核酸、多くの抗生物質などの熱不安定性製品 (つまり、熱に耐性がない製品) を使用する場合に興味深いものです。ただし、0.2 μm フィルターはすぐに目詰まりします。この問題は、フィルターの表面積を増やすか、接線方向の濾過プロセスを使用することで回避できます。
特定の場合には、細菌の数え上げと同定を行う目的で、微生物を阻止するために使用されるフィルターを固体培地上に配置して細菌の増殖を可能にすることができます。
放射線と化学物質
これらの技術は食品を含む産業で使用されています。放射線や特定のガスはプラスチックを通過して微生物を殺すため、非常に浸透性が高くなります。ただし、紫外線は非透過性であり、プラスチックやガラスなどの素材を通過しないため、優れた滅菌技術とは言えません。さらに、特定の微生物は、紫外線を照射した後に製品に光を当てると、紫外線によって受けたダメージを修復することができます。これがいわゆる「フォトリペア」現象です。場合によっては、紫外線よりもはるかに透過力があり強力なガンマ線を使用することもできます。
純粋培養の概念
ストライエーション技法
これは、CFU (Colony Forming Unit) の概念に基づいています。各細胞単位 (細胞、細胞のグループ、または菌糸の一部) がコロニーを形成します。培地上には、特定の形状をした細菌や酵母の山(コロニー)が形成されます。この丘の形状はコロニーの構成によって決まり、コロニー自体は遺伝的に決定されます。キノコは葉状体を発達させます。これは、たとえば「カビの生えた」ジャムなどで観察できます。 CFU は、親細菌懸濁液のカスケード希釈によって調製されたチューブからのプレート培養物を使用した細菌の計数にも使用されます。コロニーの外観を肉眼で観察することで、汚染細菌のコロニーと分離したい細菌のコロニーを区別することができます。
懸濁液希釈技術
この技術は、液体媒体 (井戸水、飲料、プールの水など) または固体媒体 (土壌、食品など) に含まれる微生物の数を評価するために使用されます。また、混合物から純粋な菌株を分離するために使用することもできます。これは単に一連の希釈を行った後、選択的である場合もそうでない場合もある培地に塗布されるアリコートを採取することです。次に、コロニーの数を数えるだけで十分であり、アリコートの量 (通常、プレート上で 1 mL) がわかれば、培地中の細菌のおおよその量を推定します (1 CFU が 1 つの細菌に対応すると考えます)。
細菌の同定
細菌の同定は、特定の細菌種に到達するために、最も広範な特徴から最も具体的な特徴まで進む二分法キーに従って行われます。
形態学的基準
細菌の形態の研究は、細菌を同定するために診断研究所によって行われる最初の行為です。細菌の形態を観察することで、診断の事前の方向付けが可能になります。
巨視的
肉眼では、コロニーの特徴を区別できます。
顕微鏡的
グラム染色
- 細菌は一般にほぼ透明であるため、まず顕微鏡スライド上にグラム染色を適用するスプレッドを準備します。グラム陽性菌は紫色に表示され、グラム陰性菌はピンク色に表示されます。胞子形成を強調するために、マラカイトグリーンなどの他の色もあります。
グラム染色は細胞壁の種類を決定するのに役立ちます。
形
- 細菌の世界では、その形態は非常に多様です。非常に多型性が高い可能性がある壁のない細菌 (マイコプラズマ) を除くと、医学および獣医学で関心のある細菌の多様性は比較的限られています。これらの中で、出芽または糸状の付属物を備えた球形 (球菌)、円筒形 (桿菌)、らせん形 (スピリラ)、コイル状 (スピロヘータ) の形を主に区別します。
グループ化モード
- それらは、鎖状にグループ化することもできます (連鎖球菌、腸球菌、乳酸球菌など)、非対称のクラスターまたはクラスター (ブドウ球菌)、規則的な立方体のクラスター (サルシン)、柵状またはピンの束 (コリネバクテリウム) にグループ化することができます…液体培地で行われた若い培養物で評価され、主要な側面が考慮されている場合、グループ化も識別を導く重要な要素です。
サイズ
- 最小の細菌はサイズが 0.1 ~ 0.2マイクロメートル(クラミジア) ですが、直径が 10 マイクロメートルを超えるものもあります。既知の最大の細菌 ( Thiomargarita namibiensis ) は、直径 750 マイクロメートルに達することがあります。
胞子の存在
- すべての細菌が胞子形成能力を持っているわけではありません。すべてのグラム菌はストレスの多い状況では胞子を形成することに注意してください。光学顕微鏡で胞子を強調するには、マラカイトグリーンで胞子を着色するだけです。しかし、グラム染色(色の欠如)によってそれらを推測することができます。
モビリティ
- 細菌は、移動できるように 1 つまたは複数の鞭毛を備えていることがあります。
細菌の移動様式を定義するために、走化性について話します。環境内で進化する細菌は、その「餌」に近づくために濃度勾配に沿って移動します。
カプセル
- カプセルは、細菌の周囲に層状に配置されたポリマー(多糖類またはタンパク質)で構成されています。これにより、細菌が表面に付着し(表面に定着し)、表面抗原がカプセルで覆われて検出できなくなるため(病原性)、免疫システムから逃れることができます。
生化学的基準
また、細菌が特定の基質を使用しているかどうかを観察することによって細菌を識別します。したがって、培地中で炭水化物、ペプチド、またはその他のより複雑な基質と接触して配置されます。使用した炭水化物は酸性生成物を与え、ペプチドは塩基性生成物を生成するため、 pH 指示薬の変化 (色の変化) によってこの基質の用途を明らかにすることができます。細菌の各科には独自の特徴があるため、酸素の有無にかかわらずグルコースの利用、硝酸塩の還元などの基本的な特徴に基づいてそれらを簡単にグループ化できます。次に、生化学的識別のギャラリーがあり、専門会社によって販売されることもあります。これらのテストは非常に長く、1 ~ 2日かかります。
遺伝的基準
次のような遺伝子工学技術が挙げられます。
– 短くて正確な合成 DNA 配列 (プライマー オリゴヌクレオチド) の特異的な再ハイブリダイゼーションによって、細菌の科または属にのみ存在する遺伝子を標的とする PCR (ポリメラーゼ連鎖反応)。
– 同じ原理を使用し、菌株自体に至るまでの精度を備えた DNA チップ。
細菌系統学
システマティクスにより、さまざまな検査と特定の培地の使用を通じて未知の細菌株を同定することが可能になります。
グラム染色、カタラーゼおよびオキシダーゼの検査は、家族を特定するのに役立ちます。特定の培養環境により、属と種に到達することが可能になります。場合によっては、血清分類などの追加の検査が使用される場合があります。
グラム陽性球菌およびカタラーゼ陽性球菌
- ミクロコッカス科
- ミクロコッカス属
- ブドウ球菌属
グラム陽性、カタラーゼ陰性の殻
- レンサ球菌科
- グループ A、B、C、D 連鎖球菌 (腸球菌)、F および G
グラム陰性殻
- ナイセリア科
- ナイセリア属
グラム陽性桿菌
- バチルス属
グラム陰性桿菌
オキシダーゼ陰性
腸内細菌の分類:
- サルモネラ菌科
- エシェリヒア科
- 大腸菌の血清分類
- シゲラ属
- クレブシエラ科
- クレブシエラ属
- エンテロバクター属
- セラチア属
- ヤマモガシ科
- プロテウス属
- モルガネラ属
- ジェンダープロビデンシア
- エルシニアエの家族
オキシダーゼ陽性
- シュードモナス属
- ビブリオ
- エロモナス
抗菌剤
物理エージェント
以下のエージェントが挙げられます。
- 熱: 65°C 以降、タンパク質は変性しますが、特定の微生物は高温に耐えることができます。
- pH: 酸性すぎるか塩基性すぎるか。
- 高圧: 6,000 bar から。そこで、工業的に生産された果汁を加圧殺菌するのです。
- Aw: 環境内にある自由水が少ないほど、発生できる細菌の数は少なくなります (黄色ブドウ球菌は0.83 の Aw から発生します)
- UV: 260 nm に近い波長では、すべての微生物を破壊します。プラスチックにはあまり効果がありませんが、空気を殺菌するために使用されます。
- ガンマ線:紫外線と同様、非常に効果的です。これらはあらゆるプラスチックを通過することができるため、たとえば外科用糸などの器具の滅菌に使用されます。それらの使用は食品に試みられていますが、一般には成功していません。
化学薬品
つづく
抗生物質
抗生物質は、特定の細菌の増殖を制限する力を持つ特定の作用を持つ化学物質です。他の細胞(真菌や他の真核生物)に対して毒性がありません。これらの分子は劇的な作用、つまり殺菌作用を持つ可能性があります。それらの有効性は、細菌の発生を防ぐことに限定される場合もあります (これは静菌作用と呼ばれます)。
詳細な記事「抗生物質」を参照してください。
抗生物質耐性
記事「抗生物質 > 抗生物質耐性」を参照してください。
細菌の増殖
それは細菌の数を増やす力または能力です。それは細菌の種類(好熱性、中温性、好冷性、好冷性など)によって異なります。細菌が適切な液体培地で培養されると、通常、細菌はその増殖に必要な因子が枯渇に近づき、制限的または抑制的になるまで指数関数的に増殖し続けます。代謝産物(有機酸、アルコール、アンモニアなど)が過剰に蓄積します。増殖中に栄養素の添加や廃棄物の除去を行わずに実施されるこの培養は、不連続培地またはバッチでの培養と呼ばれます。

