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繊毛と鞭毛は、細胞上の顕微鏡の付属物の2つの異なるタイプです。繊毛は動物と微生物の両方に見られますが、ほとんどの植物には見られません。鞭毛は、バクテリアや真核生物の配偶子の移動に使用されます。繊毛と鞭毛の両方が移動機能を果たしますが、方法は異なります。どちらもモータータンパク質であるダイニンと微小管の働きに依存しています。
TL; DR（長すぎる;読まなかった）
繊毛とべん毛は細胞上の細胞小器官であり、生体内で推進力、感覚器、クリアランス機構、その他多くの重要な機能を提供します。
繊毛とは？
繊毛は、17世紀後半にアントニーファンレーウェンフックによって発見された最初のオルガネラでした。彼は「小足」と呼ばれる運動性の（動く）繊毛を観察し、「動物」（おそらく原生動物）に住んでいると説明しました。非運動性繊毛は、より良い顕微鏡でずっと後に観察されました。ほとんどの繊毛は動物のほぼすべての種類の細胞に存在し、進化中の多くの種にわたって保存されています。しかし、いくつかの繊毛は配偶子の形で植物に見られます。繊毛は繊毛軸糸と呼ばれる配列の微小管でできており、原形質膜で覆われています。細胞体は毛様体タンパク質を作り、それを軸糸の先端に移動させます。このプロセスは、毛様体内または鞭毛内輸送（IFT）と呼ばれます。現在、科学者は、ヒトゲノムの約10％が繊毛とその起源に専念していると考えています。
繊毛の長さは1〜10マイクロメートルです。これらの毛のような付属オルガネラは、細胞を動かし、材料を動かす働きをします。アサリなどの水生生物の液体を動かして、食物や酸素の輸送を可能にします。繊毛は、破片や潜在的な病原体が体内に侵入するのを防ぐことにより、動物の肺の呼吸を助けます。繊毛は鞭毛よりも短く、はるかに多く集中しています。それらはグループ内でほぼ同時に速いストロークで移動する傾向があり、波の効果を構成します。繊毛は、ある種の原生動物の移動を助けることもできます。繊毛には2つのタイプがあります：運動性（移動）繊毛と非運動性（または一次）繊毛で、どちらもIFTシステムを介して機能します。運動性繊毛は、気道と肺、ならびに耳の中に存在します。非運動性繊毛は多くの器官に存在します。
べん毛とは
べん毛は、細菌や真核生物の配偶子、およびいくつかの原生動物の移動を助ける付属物です。鞭毛は尾のように単数になる傾向があります。彼らは通常、繊毛よりも長いです。原核生物では、鞭毛は回転する小さなモーターのように機能します。真核生物では、彼らはより滑らかな動きをします。
繊毛の機能
繊毛は、心臓などの動物の発達だけでなく、細胞周期でも役割を果たします。繊毛は選択的に特定のタンパク質を適切に機能させます。繊毛は、細胞間コミュニケーションと分子輸送の役割も果たします。
運動性繊毛は、2つの微小管の中心とともに、9つの外側微小管ペアの9 + 2配列を持っています。運動性繊毛は、病気を防ぐために、汚れ、ほこり、微生物、粘液を取り除くなど、リズミカルなうねりを使って物質を一掃します。これが、それらが呼吸通路の内層に存在する理由です。運動性繊毛は、細胞外液を感知および移動することができます。
非運動性または一次繊毛は、運動性繊毛と同じ構造に適合していません。それらは、中心微小管構造のない個々の付属微小管として配置されます。彼らはダイニンの腕を持っていないため、一般的な非運動性です。長年、科学者たちはこれらの主要な繊毛に焦点を合わせていなかったため、その機能についてほとんど知りませんでした。非運動性繊毛は細胞の感覚器として機能し、信号を検出します。それらは感覚ニューロンで重要な役割を果たします。非運動性繊毛は、尿の流れを感知する腎臓、および網膜の光受容体の目で見つけることができます。視細胞では、それらは視細胞の内側のセグメントから外側のセグメントに重要なタンパク質を輸送するように機能します。この機能がなければ、光受容体は死んでしまいます。繊毛が体液の流れを感知すると、細胞の成長が変化します。
繊毛は、クリアランスと感覚機能以上のものを提供します。また、動物の共生微生物叢の生息地または募集エリアも提供します。イカなどの水生動物では、これらの粘液上皮組織は一般的であり、内部表面ではないため、より直接観察できます。宿主組織には2種類の繊毛集団が存在します。1つはバクテリアのような小さな粒子に沿って波打つが大きな粒子は排除する長い繊毛と、環境流体を混合するより短い拍動繊毛です。これらの繊毛は、微生物叢の共生生物を募集する働きをします。それらは、細菌や他の小さな粒子を保護されたゾーンに移動するゾーンで機能しますが、流体を混合し、化学信号を促進して、バクテリアが目的の領域に定着できるようにします。そのため、繊毛は細菌をろ過、除去、局在化、選択、凝集し、繊毛表面の付着を制御する働きをします。
繊毛は、エクトソームの小胞分泌に関与することも発見されています。より最近の研究では、繊毛と細胞経路との相互作用が明らかになり、細胞間コミュニケーションや疾患に関する洞察が得られる可能性があります。
べん毛の機能
鞭毛は原核生物と真核生物に見られます。それらは、細菌の表面から20マイクロメートルもの長さに達するいくつかのタンパク質で作られた長いフィラメントのオルガネラです。通常、鞭毛は繊毛よりも長く、動きと推進力を提供します。細菌の鞭毛フィラメントモーターは、毎分15,000回転（rpm）の速度で回転できます。鞭毛の遊泳能力は、食物や栄養素の探索、繁殖、宿主の侵入など、その機能を助けます。
細菌などの原核生物では、鞭毛は推進メカニズムとして機能します。細菌が液体を泳ぐ主要な方法です。細菌の鞭毛には、トルク用のイオンモーター、モータートルクを伝達するフック、フィラメント、または細菌を推進する長い尾のような構造があります。モーターが回転してフィラメントの動作に影響を与え、細菌の進行方向を変えます。鞭毛が時計回りに動くと、スーパーコイルを形成します。いくつかの鞭毛が束を形成することができ、これらはまっすぐな経路で細菌を推進するのに役立ちます。反対方向に回転すると、フィラメントはより短いスーパーコイルを作り、べん毛の束は分解し、転がります。実験には高解像度が不足しているため、科学者はコンピューターシミュレーションを使用して鞭毛の動きを予測します。
流体内の摩擦の量は、フィラメントがスーパーコイルになる方法に影響します。細菌は、大腸菌などのいくつかの鞭毛をホストできます。鞭毛は、細菌が一方向に泳ぎ、必要に応じて回転することを可能にします。これは、サイクルを押したり引いたりするなどのさまざまな方法を使用する、回転する螺旋状の鞭毛を介して機能します。別の移動方法は、細胞体を束にして包むことで実現されます。このように、鞭毛は動きを逆にするのにも役立ちます。バクテリアが困難なスペースに遭遇すると、鞭毛が束を再構成または分解できるようにすることで、位置を変えることができます。この多態的な状態遷移により、さまざまな速度が可能になります。通常、プッシュ状態とプル状態はラップされた状態よりも高速です。これは、さまざまな環境で役立ちます。たとえば、らせん状の束は、コルク抜き効果で細菌を粘性のある領域に移動させることができます。これは、細菌の探索に役立ちます。
鞭毛は細菌の動きを提供しますが、病原菌が宿主に定着し、病気を伝染させるのを助けるメカニズムも提供します。べん毛は、ツイストスティック方式を使用して、バクテリアを表面に固定します。鞭毛は、宿主組織への接着のための橋または足場としても機能します。
真核生物の鞭毛は、原核生物と組成が異なります。真核生物の鞭毛ははるかに多くのタンパク質を含み、運動性繊毛とある程度の類似性を持ち、同じ一般的な運動および制御パターンを持っています。鞭毛は、運動だけでなく、細胞の摂食や真核生物の繁殖にも役立ちます。鞭毛は鞭毛内輸送を使用します。これは、鞭毛に移動性を与えるシグナル伝達分子に必要なタンパク質の複合体の輸送です。鞭毛は、マスティゴフォラ原生動物などの微視的生物に存在するか、大型動物の内部に存在する可能性があります。多くの微視的な寄生虫も鞭毛を持ち、宿主生物を介した移動を助けます。これらの原生生物の寄生虫の鞭毛はまた、昆虫のようなベクターへの付着を助けるパラフラジェラロッドまたはPFRを持っています。真核生物の鞭毛の他の例には、精子のような配偶子の尾が含まれます。鞭毛は、海綿などの水生生物にも見られます。これらの生き物の鞭毛は、呼吸のために水を動かすのに役立ちます。真核生物の鞭毛はまた、ほとんど小さな触角または感覚器官として機能します。科学者は、真核生物の鞭毛の機能の幅を理解し始めたばかりです。
繊毛に関連する病気
最近の科学的発見により、繊毛に関連する突然変異やその他の欠陥が多くの病気を引き起こすことがわかっています。これらの状態は、繊毛障害と呼ばれます。それらは彼らに苦しむ個人に深く影響します。いくつかの繊毛障害には、認知障害、網膜変性、難聴、嗅覚障害（嗅覚喪失）、頭蓋顔面異常、肺と気道の異常、左右非対称性および関連する心臓欠陥、膵嚢胞、肝疾患、不妊症、多指症および腎臓異常が含まれます嚢胞など。さらに、一部のがんは繊毛症と関連しています。
繊毛の機能不全に関連するいくつかの腎障害には、腎eph腫症および常染色体優性および常染色体劣性の多発性嚢胞腎が含まれます。機能不全の繊毛は、尿の流れが検出されないために細胞分裂を停止できず、嚢胞の発生につながります。
Kartagener症候群では、ダイニンの腕の機能不全により、細菌やその他の物質の気道が効果的に除去されます。これにより、呼吸器感染症が繰り返される可能性があります。
Bardet-Biedl症候群では、繊毛の奇形が網膜変性、多指症、脳障害、肥満などの問題を引き起こします。
非遺伝性疾患は、たばこの残留物などの繊毛の損傷から生じる可能性があります。これは気管支炎やその他の問題を引き起こす可能性があります。
病原体は、ボルデテラ種などの繊毛による細菌の通常の共生促進も司ります。これにより、繊毛のうねりが減少し、病原体が基質に付着して人間の気道の感染を引き起こします。
鞭毛に関連する病気
多くの細菌感染は鞭毛機能に関連しています。病原性細菌の例には、サルモネラ・エンテリカ、大腸菌、緑膿菌およびカンピロバクター・ジェジュニが含まれる。細菌が宿主組織に侵入するように導く多くの相互作用が発生します。鞭毛は結合プローブとして機能し、ホスト基板での購入を求めます。一部のフィトバクテリアは、鞭毛を使用して植物組織に付着します。これにより、果物や野菜などの生産物が、人間や動物に感染する細菌の二次宿主になります。 1つの例はリステリア菌であり、もちろん大腸菌とサルモネラは食物媒介疾患の悪名高い病原体です。
ヘリコバクターピロリは鞭毛を使用して粘液を泳ぎ、胃の内層に侵入して、胃酸を保護します。粘膜の裏地は、鞭毛を結合することにより、そのような侵入をトラップする免疫防御として働きますが、いくつかの細菌は、認識と捕獲を逃れるいくつかの方法を見つけます。鞭毛のフィラメントが劣化して宿主が認識できないようにしたり、発現と運動性をオフにすることができます。
Kartagener症候群も鞭毛に影響を与えます。この症候群は、微小管間のダイニン腕を破壊します。その結果、精子細胞は鞭毛から卵まで泳いで受精するのに必要な推進力を欠いているため、不妊症になります。
科学者が繊毛と鞭毛についてさらに学び、生物におけるそれらの役割をさらに解明するにつれて、病気を治療し、薬を作るための新しいアプローチが続くはずです。