誤入歧途的大腸桿菌

墮落的天使便是惡魔

 

 最近大家的日子都過得不太安寧，騷動太過頻繁，就算陶淵明再世，恐怕也很難心遠地自偏吧！

台灣有史上最嚴重的食品汙染事件；日本有破紀錄的地震、海嘯與隨之而來的核災變；中國大陸長江流域因異常乾旱，令鄱陽湖、洞庭湖全都乾涸見底；美國境內的龍捲風多的讓許多專家跌破眼鏡；最讓我驚訝的是歐洲的大腸桿菌事件，竟然能讓向來嚴謹的德國人處理起來荒腔走板，並已奪走三十多條人命。令人不安的是，這一切似乎都仍在發展蔓延中…

這段開場白有點長，而且明顯離題，不過，部落格文章嘛，當作一個抒發的管道，格式、內容的對應請別太在意。

言歸正傳，什麼是大腸桿菌？顧名思義大腸桿菌是生存在人類等動物腸道中的微生物，沒有細胞核，染色體只由DNA而無蛋白質附著，呈現環形，存在於細胞質中，並有從細胞膜延伸出去的許多鞭毛，可旋轉運動；有些還有特殊的纖毛專職DNA的轉移，特稱性毛(sex pili)。大腸桿菌可說是人類研究最透徹的微生物，對人的具體功用可真不少：幫助消化、製造維生素、排除有害的病原菌等，換言之，大腸桿菌其實是人類的好朋友；這也是我不斷在課堂上想傳達出去的觀念，微生物們以非常多樣的方式為人類與其他生物提供服務，沒有他們的存在，誰也無法存活。然而，曾經那樣幫助人類的大腸桿菌是如何變身成為殺手？它們是怎麼墮落的呢？

小孩子通常是怎麼學壞的？成人社會的耳濡目染，同儕之間的有樣學樣，還有就是天生的壞胚子。大腸桿菌會變壞，跟人有點兒像，因為它們與壞傢伙混得太近了，這些壞傢伙與大腸桿菌系出同門，稱為志賀氏桿菌。志賀氏桿菌是引起細菌性痢疾的元凶(另一類型的痢疾則由阿米巴原蟲造成)，它們藉由產生內毒素破壞腸粘膜而引發腹痛與水樣性腹瀉，隨著腹瀉次數的增加最後會帶有鮮血，可能致命。志賀氏桿菌的毒素由基因決定，因而只要此毒素基因轉移至大腸桿菌細胞內，大腸桿菌便完成變身行為。問題是，別人的毒素基因怎麼進入自己的體內？

細菌獲取外源基因的方式有三種：接合生殖(conjugation)、性狀轉型(transformation)與性狀傳導(transduction)。一隻已有毒素基因的大腸桿菌複製一份副本由一種特殊環形的DNA(稱為質體)經性毛傳給另一隻無毒大腸桿菌的現象稱為接合生殖(如下圖)。聰明的你應該讀得出來，這個過程並沒有真正回答前一段落最後提出來的問題；如同有人把地球生命的起源推給外星人，並無法真正解釋生命的起源一樣。

那麼性狀轉型呢？一隻死亡的志賀氏桿菌其DNA流出細胞外，碰巧被酵素分解成若干片段，又剛好出現在高鈣的環境中，又剛好旁邊出現大腸桿菌接收了一段擁有毒素基因的DNA片段(如下圖)，最後又神奇地將此DNA插入自己的染色體中，於是無毒的大腸桿菌變身成為有毒的了。有可能，但機率太低。

所以最可能的答案是性狀傳導，這是藉由一種稱為噬菌體(如下圖，實在很像太空船)的病毒協助完成的，這種病毒可以充當DNA的載體，在不同細菌個體間轉移。(人類則利用病毒的此種特性企圖修改受損的基因，用以治療遺傳疾病)所以故事情節大約是這樣的，一隻病毒先感染了志賀氏桿菌，離開它時順便偷走了毒素基因，當這隻新病毒再感染大腸桿菌時，便把志賀氏桿菌的毒素基因轉移到無毒的大腸桿菌體內了。我似乎能看見你滿臉狐疑的神情，病毒不是有寄主專一性嗎？如何能在不同菌種間交互感染？先前不是說過了嗎，大腸桿菌與志賀氏桿菌系出同門，意思是他們其實是非常相似的菌種，因此噬菌體可以在菌體外找到相似(同)的受體侵入大腸菌與志賀菌。(如同狂犬病毒能在人畜之間轉移；禽流感病毒能在鳥、豬與人之間傳播)

墮落的天使便是惡魔，你的下場就是被趕盡殺絕。殺大腸桿菌很容易，任何新鮮食材下肚前請確認煮熟即可。