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微生物(Microorganism)
細菌(bacteria)　生物膜(biofilm)　芽胞(Spores)
　　　載體(Plasmid)
　　　　石碳酸複紅染色(carbolfuchsin stain)：染分枝桿菌
　　　其他厭氧菌
抗生素(antibiotic)

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芽胞(Spores)

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a. 結構：芽胞是一種脫水（dehydrated）、多層結構（multi-shelled structure），包含
 核心（Core）： DNA 和細胞質內容物的複製
 內膜（Inner membrane）和胞子壁（Spore wall）
 皮質（Cortex）：肽聚醣層（peptidoglycan layer）
 表皮（Coat）： 由類角蛋白（keratin-like protein）組成
 保護芽胞抵禦外在環境
 遇適當環境可接受養分刺激，回復Vegetative State（ 90分鐘）
b. 形成芽胞過程：
 細菌體內含有大量的 dipicolinic （ DPA ）
 在惡劣環境下，細菌要形成胞子之前需先進行染色體DNA 的複製，利用mesosome 形成內凹，DPA 與鈣結合後能使菌體脫水、鈣化，形成多結構的物質，能保持在穩定的狀態
c. 功能：幫助細菌度過惡劣環境
 在惡劣的環境條件下，像是營養缺乏時，芽胞會保護 DNA，對抗乾燥、強熱、輻射和大多數酵素和化學製劑的攻擊，使這些細菌可以從生長狀態（vegetative state）轉變成冬眠狀態
（dormant state）/ 芽胞（spore），保護並讓細菌存於裡面暫停活動
d. 僅在陽性菌內生成，陰性菌目前為止尚未發現，例：桿菌屬（Bacillus）和梭狀桿菌屬（Clostridium）
e. 菌種鑑別：芽胞在細胞內的位置是細菌的一個特徵，可以幫助識別

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多重耐藥運輸子(Multi-drug transporter, MDR)

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學名叫做P-glycoprotein (P-gp)，它是一種ATP-binding cassette transporter (ABC transporter)，所以需要ATP的幫忙。P-gp可以傳送各式各樣的物質，通過細胞膜。而在真核細胞裡，P-gp主要扮演exporter，能將許多物質運到細胞外。由此可見，若癌細胞發展出了P-gp，就能對許多藥物產生抗藥性。

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大腸桿菌菌落(colony),DNA,質體DNA(plasmid DNA)

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大腸桿菌菌落(colibacillas colony/colon bacillus colony/colon bacteria colony/E.coli colony/Escherichia coli colony)
大腸桿菌去氧核醣核酸/大腸桿菌DNA(colibacillas DNA/colon bacillus DNA/colon bacteria DNA/E.coli DNA/Escherichia coli DNA)
大腸桿菌質體去氧核醣核酸/大腸桿菌質體DNA(colibacillas plasmid DNA/colon bacillus plasmid DNA/colon bacteria plasmid DNA/E.coli plasmid DNA/Escherichia coli plasmid DNA)
白色漂浮物
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抗生素交互作用(antibiotic interaction)

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1. synergy（協同）
 僅給予A藥時，抑制些許細菌生長
 僅給予B藥時，抑制更多的細菌
 抗生素A、B一起給，細菌幾乎被殺死，藥效比個別單獨給還更好！
2. indifference（加成）
 抗生素A、B一起給，效果僅再好一點點
→兩者互相不干擾，各自還能發揮作用
3. antagonism（拮抗）
 抗生素A、B一起給，效果跑到兩者中間，併用的效果比單獨使用B還差
→代表B藥的藥效被A藥拮抗

資料來源：自然期刊

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抗藥性(Resistance)

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 受器改變（A）：
原本藥物所結合的受器或target發生改變，致使藥物不再能發揮效用
 酵素降解（B）：
細菌本身多了能夠將藥物降解的酵素
例如：penicillinase能解開penicillin的β-Lactam環，使penicillin失去活性；aminoglycoside modifying enzymes也會破壞某些抗生素！
 另闢途徑（C）：
藥物原本的作用會使細菌無法生產需要的蛋白質而死亡，細菌卻另外找了一條路徑來合成蛋白質，讓藥物失去殺菌的作用
例如：細菌複製時需要四氫葉酸來合成嘌呤和嘧啶，sulfonamide阻止了四氫葉酸的生成反應，細菌卻另外找了一種方式合成四氫葉酸，相當於讓藥物失效
 降低濃度（D）：
細菌多了將藥物打出胞外的幫浦（efflux pump）
例如：針對含β-Lactam ring的藥物和四環黴素（tetracycline），此為細菌對後者具抗藥性的重要路徑

資料來源：textbookofbacteriology

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生物膜(biofilm)

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A. 細菌附著在宿主胞外或器械表面所形成的一層黏黏的東西稱之
B. 成分以多醣體為主
C. 通常都是附著在人工器械上，如：人工關節、導管（尿導管之類的）、人工瓣膜
D. 致病原因：
a. 促進細菌大量附著，使細菌在器械上大量增生
b. 免疫細胞不易辨識生物膜中的細菌
c. 抗生素不易打入膜
E. 導致細菌性心內膜炎、人工關節炎、感染性導管炎等等
F. 治療方式：拿掉人工器械（此為唯一的治療方式，否則細菌會一直增生）


資料來源：華盛頓大學

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抗生素抑菌生長(Bacteriostatic antibiotic growth)

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 MIC（minimal inhibition concentration）→可抑制細菌的生長的最小濃度
 MBC（minimal bactericidal concentration）→可殺死細菌的最小濃度
將各種抗生素加入Mueller-Hinton medium中，分別配成不同 標準濃度(0.00375μg/mL-128μg/mL)的MH plate。將所試驗的病原菌接種於MH broth培養37℃，隔夜後 取100μL於增殖試管培養基(Tryptone soy broth; TSB)增菌，增菌 後在配製好含有不同濃度抗生素的MH plate上點菌，進行MIC試 驗。判讀MIC值以不長菌的抗生素MH plate為準。若病原菌有許多 株時則需要計算MIC50和MIC90值(將所有測試菌的 MIC值由低至高排列，可以抑制一半或90%菌數的MIC，即為MIC50及MIC90)。 操作MIC試驗必須同時 也執行標準 菌株(例如E. coli 25922之MIC)來比對抗生素的準確性範圍，看是否與NCCLS所 提供的相同[2]。
一、MIC50和MIC90
MIC50是 指可以抑制百分之五十測試菌之最低抗生素濃度
MIC90是指可以抑制百分之九十測試菌之最低抗生素濃度
二、MIC和接種菌量效應(inoculum size effect)關係：
臨床上感染的病原菌以體外試驗所測得的MIC值為參考來治療 病人時，經常發現效果不佳，原因在於這類病原菌在較高菌量下具有 較高的MIC值，這是因為這類細菌對於某些抗生素具有接種菌量效 應(Inoculum size effect)現象。這時需要在體外試驗操作中提高接種 菌量，在操作Time-kill試驗時一般接種菌量為5×10 5CFU/mL，若發 現可能有inoculum size effect現象時，則需要提高菌量到5×10 7 CFU/mL來操作，所測得的MIC值才能模擬病人身上的狀況。
資料來源：感染控制雜誌

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人類正常菌叢(Human's normal flora)

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正常微生物叢(normal microbiota)是人類身體的一部分，因為它們具有不同的生活條件而寄生在人類的不同部位（組織）；他們的存在可以幫助人類抵抗病原菌的侵襲及健全人類的免疫力，甚至提供維生素等營養物供人類吸收與利用。正常微生物叢與宿主間建立相互依存的關係，是宿主終身的親密扮伴侶。但是它們也會隨著環境的改變而發生變化，甚至被破壞，就會給予一些伺機性病原菌機會來造成宿主感染及生病。環境的改變包括：食物種類、壓力、或藥物的治療等。因此，保持固定且良好的生活習慣是與這些微生物相處及確保自身健康的最佳之道(劉，1997)。
1. 正常菌叢：一些存在於人體各個部位且對宿主無防礙的微生物。正常菌叢大多數為細菌及少數為酵母菌、真菌及一些原生動物；在絕大多數的情況下，其對宿主是有益的，在捍衛宿主免於感染侵襲上極具重要性。
2. 正常菌叢的特性：
(1) 附著力強
(2) 分泌抗生性的物質
(3) 對寄生部位具有專一性
(4) 易受環境變化的影響
3. 健康成人身體上的正常菌叢：
(1) 皮膚(因部位不同，環境差異大)：少數的革蘭氏陽性菌，包括幾種的葡萄球菌及厭氧性棒桿菌等。

居留型(residents)：能在皮膚上繁殖且活存者，如瘡胞丙酸桿菌propionibacterium acnes (平常無害，但卻會引起粉刺(acne))
過渡型(transients)：無法在皮膚上繁殖且常會死去
A. 皮屑芽孢菌（Pityrosporum；Malassezia furfur）：
a. 和脂漏性皮膚炎有關，此菌是皮膚的常在菌，但是當皮脂腺旺盛、熬夜、體質、基因等等因素造成此菌增生過多時，會發炎
b. 仁山利舒洗髮精添加1~2%的ketoconazole，可有效抗皮屑芽孢菌
B. 上皮葡萄球菌（Staphylococcal epidermidis）：正常皮膚會有的菌落
C. 痤瘡桿菌（又稱初油酸菌；Propionibacterium acne）：皮膚上正常菌叢，但種種原因如角化異常形成角酸皮脂腺過度旺盛或賀爾蒙異常等，使此菌生長過多，造成青春痘。治療青春痘時給的抗生素即是在對抗此菌。
(2) 呼吸道：葡萄球菌、鏈球菌、類白喉桿菌及格蘭氏陰性俊等。
(3)口腔(比較複雜的異質性為生物環境)舌頭、牙齒
(4) 胃(分泌鹽酸，消化蛋白質)：乳桿菌
(5) 小腸：
十二指腸及空腸(連接胃，呈酸性；消化吸收單醣、氨基酸、脂肪酸等)：鏈球菌、乳桿菌。
迴腸(pH逐漸變鹼；吸收膽酸及維生素B12)：菌數增多，菌相與大腸相似。
大腸(細菌數量非常大，可被視為一種特殊的發酵管)：
兼氣性好氧菌：如大腸桿菌、糞鏈球菌
厭氧菌：梭狀芽胞桿菌等，每克腸內容物中含有1010~1011個細胞，為大腸中主要的細菌組成。
(6) 生殖泌尿道：因為男女解剖與生理上的差異，造成正常菌叢有異。
男性：厭氧性的革蘭氏陰性桿菌和球菌。
女性：厭氧性的革蘭氏陰性桿菌和球菌外，乳桿菌(又稱為Doderlein's bacillus)造成陰道呈酸性、酵母菌(鏈珠菌和念珠菌)、鏈球菌和大腸桿菌等。
資料來源：東吳大學

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載體(Plasmid)

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資料來源：維基百科
A. 介紹：
a. 不是 chromosome DNA
b. 能自我複製
c. 通常圓型，偶爾為線型
d. 通常帶有抗藥基因或毒素基因
e. 可大量複製
f. 有些不必透過外在刺激自己即可傳遞給別的菌體

＊帶有載體的細菌稱為Vector
B. 好的 plasmid 應具備的條件：
a. origenal replication site 的region 是要很強的，並且越多越好，如此才能大量複製
b. 好的 selection mark（像是抗藥基因），才能夠分辨要得到的細菌
c. 好的酵素切點：只能被切一刀，否則環狀雙股就不見了（喪失了vector的特性）

C. 應用：
a. Genomic library 和cDNA library 的建構
b. 觀察基因調控
c. 培養有利用價值的菌種
d. 動植物的基因工程
e. 透過基因工程、遺傳工程（像是利用E.coli）來幫我們製造藥物、疫苗等

資料來源：copewithcytokines

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跳躍基因/轉位子(Transposon, Transposable Elements, Jumping Gene)

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一、簡介
A. 定義：在細菌中的DNA 片段能跳要到另一DNA 片段，稱為Transposon（跳躍基因；轉位子）。除了核糖核酸(RNA)基因外，大部分的中度重複序列(moderately repetitive sequences)並不是很安定，也很難完整的存在基因中，有的嵌入同一染色體中其他位置，有的從一個染色體移到另一個染色體，不管在真核生物還是原核生物中皆存在這種現象。
人工轉殖的基因其實也算是跳躍基因的一種，轉殖的基因通常具特殊功能(例如：抗藥性、螢光…等)，這樣比較容易追蹤該基因的動向。
B. 細菌的染色體和質體都可能含有跳躍基因；轉因子拼湊人類40%的基因；而玉蜀黍(maize)則近50%，大部分的原核生物約3%~10%。
C. 可分為 Insertion sequence 和Composite transposon

資料來源：chrisdellavedova

 Insertion sequence（即transposon）：兩側含有 inverted repeat（IR），並且有transposase（跳躍基因的酵素，具切割做用）
Composite transposon（複合轉位子）：有兩段轉位子分別於兩側，中間那一段為要研究的序列
D. 過程

資料來源：http://202.204.115.67

 a. transposon 兩端都有inverted repeat（IR），此序列中的易位酶(transposase)（跳躍基因的酵素）作用很像限制酶，會切開轉位子兩端的IR 和目標DNA，使目標DNA 中間段開席成兩端staggered cut（--A ATTC---）
--TTAA G---
b. transposon（兩側的IR）鑲嵌入目標DNA 中
c. 再以DNA聚合酶( DNA polymerase )補起來
d. 形成帶有 Insertion sequence（即transposon）與目標DNA 的序列。修補過後的目標序列會因此形成直接重覆序列（Direct repeat）

＊補充：
 轉位子上通常帶有抗藥基因
 無專一性，嵌入的位置是隨機的，有時會不小心將細菌的重要基因切斷導致細菌機能表現異常甚至死亡
 60％E.coli 有transposon；而Bacillus anthracis(炭疽桿菌)沒有
二、跳躍基因運作方式
(1)先複製再貼上(copy and paste)：先將DNAA轉錄成RNA，再將RNA逆轉錄出一份DNA ，最後再將DNA插入某一段序列中。
(2)先剪下再貼上(cut and paste)：直接讓正本的DNA剪下，插入另一段序列
三、類型

種類
短散落配置(short interspersed elements, SINEs)
長散落配置(interspersed elements, LINEslong)
鹼基對長度
500鹼基對(base pair, bp)
7000鹼基對(base pair, bp)
分布方式
散布在各個染色體上
??
轉錄(transcription)
是
是
轉譯(translation)
是
是
種類
反轉錄轉座子(retrotransposons)
DNA轉座子(DNA transposon)

跳躍方式
「先複製再貼上」à過程中會產生RNA
「先剪下再貼上」à過程中不產生RNA
備註
表現於各個染色體上。 SINEs和LINEs也屬於此類。
??
四、功能
轉座子可以隨機嵌入序列中
(1)改變序列，使基因失去原來功能(=關掉基因)
(2)觀察生物體產生的變化，推斷基因的用途
五、結論.
(1) 整體而言，轉座子有利於增加多樣性。不過若發生在體細胞可能會造成癌症，發生在生殖細胞則可能造成突變

(2) 科學家懷疑半自主胞器中某些重要的DNA就是透過轉位子的方式，從粒線體和葉綠體中跑進細胞核：在細胞體中，粒線體和葉綠體被懷疑是被 吞入細胞的微生物。然而今日卻發現，粒線體和葉綠體其中雖有自己的 DNA ，但有大部分重要的DNA卻是在細胞核裡面
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性狀導入(Transduction)

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a. 定義：藉由phage（噬菌體）感染細菌並注入其染色體的過程來增加被感染菌的基因多樣性
b. 分成 Generalized transduction（一般型性狀導入）和Specialized transduction（特殊型性狀導入）
c. 1952 年N.D.Zinder 和J.Lederber 用P22 phage 感染Salmonella（沙門桿菌）

資料來源：schoolworkhelper
Generalized transduction（一般型性狀導入）
Specialized transduction（特殊型性狀導入）
A.phage 感染細菌，注入其DNA，phage 的DNA 會注入細菌體，隨著細菌複製而複製（病毒的複製是絕對依賴宿主）
B.有時候，phage 在合成時會不小心把細菌（宿主）的DNA 拿來用，造成新的噬菌體其DNA 中也有部分細菌的DNA
C.當新的噬菌體又去感染其他細菌時，會將它含有先前菌體DNA 的染色體帶入，先前菌體DNA 因為先前菌體DNA 和新宿主得很相近（部分同源），所以很容易取代宿主原本的一段DNA，菌體的基因多樣性因而產生了
A. 只發生於 temperate phage（溫和型噬菌體）
B. phage 感染菌體後會進入潛伏期，其染色體會插入宿主染色體中並隨著宿主的複製而複製
C. 當 temperate phage 想要離開宿主時，會製造出其餘構造。有時候，phage 在合成時會不小心把細菌（宿主）的DNA 拿來用，造成新的噬菌體其DNA 中也有部分細菌的DNA當新的噬菌體又去感染其他細菌時，會將它含有先前菌體DNA 的染色體帶入，先前菌體DNA 因為先前菌體DNA 和新宿主得很相近（部分同源），所以很容易取代宿主原本的一段DNA ，所以菌體的基因多樣性因而產生了

 ＊名詞解釋
temperate phage（溫和型噬菌體）
菌體進入宿主後不馬上進行合成，而是潛伏於宿主的染色體中隨著宿主複製而複製，等待好的時機才合成釋出
Lytic phase
溶菌期
Lysogenic phase
潛溶期
參見：基因交換(Gene exchange)
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接合作用(Conjugation)

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a. 定義：指兩細菌體透過 pili（線毛）的接觸，進行plasmid（質體）傳遞、交換、或是重組
b. 1946 年J.Lederberg 和E.Tatum 的實驗

資料來源：schoolworkhelper

A.將細菌生存所需的酵素基因做突變，無法製造出該基因，則酵素不能表現
B. 接著將細菌培養、離心後放在培養皿上觀察
C. 此實驗細菌所需的胺基酸為Met、Bio、Thr、Leu、Thi 的基因
D. A 管中的細菌缺乏Met、Bio；B 管中的細菌缺乏Thr、Leu、Thi，因此兩管都無法生存
E.但是將兩管細菌混合，細菌卻可以生存了，證明了他們之間會以某種方式交換DNA，而此方式就是Conjugation（接合作用）
c. 接合過程

資料來源：維基百科

 有線毛的細菌與沒有線毛的細菌接觸
 兩細菌接觸後形成 mating bridge（此圖沒有畫出）
 F plasmid（游離質體）一邊複製一邊傳遞
 傳遞結束時，原本沒有 F plasmid（游離質體）的菌體也有F plasmid（游離質體）了（從F-變成F＋）

結論：
 兩菌體需要直接接觸
 一方有傳遞能力，一方沒有
 以 pili 接觸，而傳遞F plasmid 的是mating bridge
 同種內的傳遞機率較大
 傳遞的質體多為：R plasmids（具抗藥性基因的質體）、Pathogenicity（可製造致病蛋白的質體）、或self-transmissible（不需外因即可傳遞的質體）

名詞解釋：

F＋
為本身帶有 F plasmid（游離質體）可以傳遞給別人的細菌
F-
本身沒有 F plasmid
F plasmid（F=fertility）
游離質體，接合作用時複製、傳遞的質體
Ori T
F plasmid 的複製起始點

d. Hfr（High frequency of recombination）和F’plasmid

資料來源：4shared
 某細菌其 F plasmid 具高度重組的能力，如果他的F plasmid 與其本身染色體重組，則重組進去後F plasmid 在細菌染色體中的那一段就稱為F factor，而此菌體稱為Hfr cell
 此時菌體的 DNA 因含有F factor 變得很會複製並且傳遞給F- cell
 染色體一直複製，除了 F factor 以外也複製了一些chromosome DNA 上的基因
 整個過程是一邊複製一邊由 F＋傳至F- cell，但還沒等到整個chromosome DNA複製完，mating bridge 就斷掉了
 使得 F- cell 接受到的除了F factor 之外還多了一小段F＋cell 的chromosomeDNA
 而此片段的 DNA 因含有F factor 所以也具有高重組性，當此片段又與F- cell的chromosome DNA 重組時，會增加F- cell 的基因多樣性
名詞解釋
Hfr（High frequency of recombination）
含有 F factor 的染色體，具有高度自發性重組，很容易產生自發性突變
F’plasmid
一段質體除了 F plasmid 外，還多了一段不小心多複製的chromosome DNA 片段，稱之為F’plasmid
F factor
某一細菌其 F plasmid 重組進去自己本身的chromosome，稱此F plasmid 為F factor

  F plasmid 和F’plasmid 都是位於F+cell 中
參見：基因交換(Gene exchange)
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