微生物通論

發酵、紅麴、食品、疾病、寄生蟲、抗藥性、致病機轉

人畜共通傳染疾病

人畜共通傳染疾病 (Zoonoses)
國立臺灣大學獸醫所公共衛生組 吳睿穎

人畜共通傳染疾病 (zoonoses, zoonotic diseases) 這個字源自於希臘文,zoon 指動物,nosos 指疾病。根據世界衛生組織的定義,人畜共通傳染疾病泛指任何可以於「自然情況下」在人類與脊椎動物之間傳播的疾病或傳染病。疾病的病原包含病毒、細菌、寄生蟲等。但須特別註記的一點,有些人畜共同擁有的病痛並不屬於此範疇

人類微生物組計畫

人類微生物組計畫 (Human Microbiome Project)
國立臺灣師範大學生命科學系 劉依萍

在人類基因組計畫 (Human Genome Project) 完成後,科學家驚訝的發現,具有複雜思考的人類基因數量,與果蠅相仿,僅有兩萬多,竟遠不如初始估計的十萬,這個數量似乎無法完美詮釋人體千奇百「病」的現象。於是,與我們一同生活,而細胞數量遠超逾人體十倍以上的龐大微生物,如何影響人體健康等疑問,成為科學家探討的議題。2012年,由美國國衛院 (NIH) 資助1.15億美元,完成了為期五年 (2008~2012) 的「人類微生物組計畫」(Human Microbiome Project)第一階段研究。

微生物製劑

微生物製劑 (Formulation of microorganism)
國立臺灣大學昆蟲所博士生曾鈺芳

有益微生物帶給人類的好處不勝枚舉,例如:我們利用酵母菌製作麵包、酒精飲料;應用昆蟲病原微生物防治病蟲害,減少農藥使用;食用優酪乳等富含有益腸道微生物(益生菌)促進身體健康。環境中菌相複雜,目前實際使用的有益微生物只占其中的一小部分。有益微生物通常需要經過一系列的製劑流程,才成為市面上見到的生物製劑商品。以下為生物製劑的流程簡介與原理:

生物性保存技術(Biopreservation)

生物性保存技術(Biopreservation)
國立臺灣師範大學生命科學系碩士生李亞翰

臺灣四面環海,孕育了各種海岸地形,海產資源十分豐富,然而海洋中有許多有害微生物,因此有許多養殖業者會添加抗生素,來抑制有害微生物。然而,藉由生物性保存技術(biopreservation),則可以同時達到降低抗生素濫用與降低食物遭有害微生物汙染所引起的食物中毒,或是降低海鮮產品在儲存時受環境微生生物污染的機會。

生物性保存技術意指利用生物或微生物所生產的相關物質,來達到食品保存的目的。而目前生物性保存技術的相關研究中,又以利用乳酸菌作為生物性防腐劑(biopreservative)的應用實例最多且成效良好。

過去的研究顯示,乳酸菌(lactic acid bacteria)與發酵水產品之間有密切的關連性。在各國的海產加工食品中如醃製魚(pla-ra, pla-chom, kung-chomhoi-don)、醃蝦 (terasi)、鹽漬熟蝦、冷燻鮭魚等產品中,以及在臺灣的傳統發酵食中如醃薑、醬筍、酸菜、豆鼓、醬冬瓜、破布子與鹹蜆,皆可發現乳酸菌的存在。在這些產品中的乳酸菌不僅有助於產品的味道、香氣和質感,同時也降低了產品的pH度進而提高了食品的品質與安全性。除了海產加工食品中,乳酸菌也可以在水生動物的腸道中發現。

終結瘧疾的曙光-瘧疾疫苗的捷報 下

終結瘧疾的曙光-瘧疾疫苗的捷報 下
國立臺灣師範大學生命科學系研究助理林如愔

連結:終結瘧疾的曙光-瘧疾疫苗的捷報  上

•  瘧疾如何治療

瘧疾的臨床症狀與感冒頗為相似,依序出現惡寒、高燒、出汗三個典型階段,其疾病發作之間隔時間,以各種瘧原蟲在人體血液內進行之無性分裂生殖週期而有不同,間日瘧及卵形瘧均為48小時,三日瘧為72小時,熱帶瘧則不規則。其發病症狀以熱帶瘧(又成急性瘧)最嚴重,有脾腫、溶血及其併發症、黃疸、休克、肝腎衰竭、急性腦病、昏迷而致死亡的情形,其死亡率超過10.0%以上,至於間日瘧、三日瘧和卵形瘧較不具致命性。

目前瘧疾的預防藥物有氯奎寧(Chloroquine)、美爾奎寧(Mefloquine,Lariam)、四環黴素(Doxycycline,Vibramycin)、Atrovaquone/Proquanil(Malorone)和Primaquine(Palum)。進入疫區的一週前開始吃氯奎寧,每週一次,口服1000毫克,在離開疫區後仍需繼續吃四週。但各地區的瘧原蟲對以上藥物有不同的抗藥性,還是需要事前諮詢醫師的建議。

另外,用於治療熱帶瘧的青蒿素(artemisinin),是於1969到1972年間,由屠呦呦領導的團隊發現並從黃花蒿中提取了青蒿素。有趣的是,早在西元前200年就有使用黃花蒿的紀錄,用以治療皮膚病等多種疾病,屠呦呦的團隊應當時領導人毛澤東的指示要找出合適的抗瘧藥物,他們從2000餘種中草藥方中整理出了640種抗瘧藥方集,以鼠瘧原蟲為動物模式檢測了200多種中草藥方和380多個中草藥萃取物,由此發現了青蒿素。

之後,科學家已合成多種青蒿素衍生物,其中包括活性比青蒿素更好的雙氫青蒿素(dihydroartemisinin)。為了減緩抗藥性的產生,將青蒿素與他種藥物组成的複方療法是已被推廣使用的治療方案。但是,目前現況愈加險峻,對青蒿素類藥物的抗藥性,已從東南亞擴散至非洲地區。

終結瘧疾的曙光-瘧疾疫苗的捷報 上

終結瘧疾的曙光-瘧疾疫苗的捷報 上
國立臺灣師範大學生命科學系研究助理林如愔

據2010年統計資料,全球每年約有66萬人死於瘧疾,其中近90%在非洲,大約每分鐘就有一個幼兒因瘧疾而死亡。病媒控制是全球現有對抗瘧疾的重要策略之一,以往只要病媒控制的覆蓋範圍夠大,就能夠成功减少或阻斷疾病傳播。世界衛生組織(WHO)建議瘧疾流行地區應同時採用室内噴灑和長效殺蟲劑浸泡蚊帳這兩項措施,兩者皆是最常用且重要的病媒控制措施,能保護人類不受病媒蚊叮咬。病媒控制策略還需根據病媒蚊對殺蟲劑耐藥性的情況做調整,以在病媒控制的效果、成本效益、可持續性和生態的保護之間取得平衡。

然而,WHO的調查指出,全球有64個國家發現瘧蚊已出現耐藥性,各主要病媒物種和各類殺蟲劑均受影響,多數有關國家甚至還沒開始執行定期觀測,這代表著實際上對殺蟲劑耐藥性的問題可能更嚴重。因此,研發出瘧疾疫苗是關鍵,也是消除瘧疾的希望,醫學界一直致力於瘧疾疫苗開發,但進展總體緩慢,其難度遠遠超過病毒疫苗。

抗藥性的演化(The Evolution of Drug Resistence)

抗藥性的演化(The Evolution of Drug Resistence)
國立師大附中生物科楊瀅涓老師/國立臺灣大學動物學研究所陳俊宏教授責任編輯

金黃色葡萄球菌在抗生素培養基上之測試。(圖片來源:http://en.wikipedia.org/wiki/Antibacterial)

這幾年來,抗藥性(drug resistance)已經從醫學術語,轉變為人人熟知的新聞名詞,這也突顯了問題的嚴重性。但這不僅在醫學上是重要問題,也是演化證據之一。例如在 1940年代使用盤尼西林治療金黃葡萄球菌時,抗生素一開始確實是大幅提高了人類感染疾病的治癒率,然而基於天擇,細菌也會衍生出各種嘗試存活的方式,再 逐步演化出具有抗藥性的細菌,並在有抗生素存在的環境下,持續大量繁殖。

酵母菌什麼時候才會進行酒精醱酵?

酵母菌 (yeast) 什麼時候才會進行酒精發酵 (alcohol fermentation)?
長庚大學生命醫學系周成功教授/長庚大學生命醫學系周成功教授責任編輯

太陽是現今生物世界中能量的源頭,那些能行光合作用的生物,可以將太陽的光能轉變成生物能,將二氧化碳轉化成醣類分子。不能行光合作用的生物就只有直接抑賴那些行光合作用的生物作為能量(食物)的來源。當生物吃下食物後,儲存在食物分子中的能量,也必須經過分解代謝的過程,才能轉換成生物世界中能夠使用的能量。

地球上所有的生命形式,從細菌到人,都使用完全一樣的能量貨幣:ATP!ATP在體內水解時會放出能量。這個能量的額度固定,大小適中,剛好可以應付生命中進行各種不同化學反應所需要的能量(圖一)。除了ATP之外,食物分子分解代謝往往還會產生另一種能量貨幣:儲存在NADH分子中的高能量電子(圖二)。要說明生物如何從事能量轉換最好的例子就是葡萄糖分解,因為從細菌到人都是利用完全相同的一套反應來進行。

圖一:ATP的結構與水解的過程

人體消化道微生物相(Microbiota)對健康的影響

人體消化道微生物相(Microbiota)對健康的影響
台北市立成功高級中學生物科張春梅老師/國立台灣師範大學生命科學系李冠群助理教授責任編輯

2010年英國的《每日電訊報》曾報導美國麻州綜合醫院有一位 2 歲小女孩,因原因不明的腹瀉而威脅到生命,兒科醫生試盡各種方法,連萬古黴素(vancomycin)和仍在實驗階段的抗生素都用上了,卻依然無效,最後決定採取另類的方法,不再針對引起疾病的可能細菌,而是將來自健康腸道的稀釋糞便水溶液送入女孩的腸道中,醫生期待藉健康腸道中正常共生細菌的介入而逐漸抑制病菌的增殖與生長。幾週後,小女孩康復了。科學家因此懷疑,常規治療對某些腸道感染者失效,可能是因為患者體內缺乏具有保護腸道功能的某些腸內菌。

乳酸發酵(Lactic Fermentation)-下

乳酸發酵(Lactic Fermentation)-下
台北縣私立南山中學生物科楊瀅涓老師/國立台灣師範大學生命科學系李冠群助理教授責任編輯

乳酸與運動

在持續的強烈運動過程中,人體需要大量能量。當組織無法獲得足夠的氧、或無法快速處理氧氣的情況下,丙酮酸脫氫酶(Pyruvate dehydrogenase complex)便無法及時將丙酮酸(pyruvate)轉換為乙醯輔酶A(Acetyl-CoA)進入有氧呼吸,組織也因此無法藉有氧呼吸獲得充足能量、丙酮酸開始堆積。

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