本著作除另有註明外，採取創用CC「姓名標示－非商業性－相同方式分享」台灣2.5版授權釋出 微生物 Understanding: Bacteria 細菌 第 9 單元：微生物︰原核細胞 莊榮輝教授 細菌是古老、簡單、有效、多樣豐富的生物。 即便如此原始的簡單生物，細菌所依循的基本生命法則與人類相似。 本著作除另有註明外，採取創用CC「姓名標示－非商業性－相同方式分享」台灣2.5版授權釋出 C31 1 21 min

微生物 細菌無所不在，與人類關係密切，可能有益或有害 2 細菌可能是最早出現的生物之一，對人類常常造成大災難，但與人類的關係也非常密切，大腸菌與人類成共生關係。 細菌能產生有用的蛋白質或營養分子，其中有酵素可發揮催化功能，幫忙完成許多難以進行的工作。 蛋白質 毒蛋白 代謝物 酵素 維生素 毒素 染色體 基 因 蛋白質 酵 素 毒藥？ 良藥？ 代 謝 代謝物 2 WIKIPEDIA

微生物 細菌種類非常多樣，演化出奇妙功能以適應各種環境 3 古 菌 黴 菌 (真菌) 原 核 真 核 (病毒？) 在演化上，細菌屬於較原始的原核細胞，可能很早就存在地球上，其種類也很多，代謝各具其特點，可以產生很多奇特的代謝物質。 各 類 生 物 大 小 比 較 原核 真核 病毒 蛋白質 碳 疽 菌 藍 綠 細 菌 奈米 → 3 WIKIPEDIA

微生物 肉毒桿菌素毒性很強，有醫療及軍事用途 Botulin 4 Clostridium botulinum Drawn by fr:Utilisateur:Dake with Inkscape 0.42. Drawn by Dake with Inkscape 0.42. Corrected by en:User:Nrets Botulin 肉毒桿菌素是一種蛋白質，含有一大一小兩段，其中小段者為一蛋白脢，可以攻擊神經細胞末端的膜蛋白。 微量注射肉毒素可以鬆弛臉上皺紋，成為美容的工具。 乙醯膽鹼 以神經衝動控制肌肉 肌肉 神經細胞 毒素抑制神經傳導物質之釋放，干擾神經與肌肉連通，因而造成肌肉痲痹或鬆弛，防止肌肉過度收縮。 肌 肉 4 WIKIPEDIA

微生物 青 黴 素 發現青黴素啟動人類與細菌之間的生物戰爭 抗藥酵素 抗藥基因 質 體 5 A Fleming 台灣大學 莊榮輝 青 黴 素 人類的健康一直受到微生物的威脅，直到二戰期間，弗萊明意外發現青黴素才得以主動控制，但也引發想不到的生物戰爭。 不同細菌之間，可以自由傳遞遺傳信息。而細菌的演化速度極快，少數獲得抗藥性的基因會很快傳開。 S 水解青黴素 抗藥酵素 青黴素 (上) 與細菌之細胞壁構造 (下) 很像，細菌酵素誤以為基質而被抑制。 抗藥基因 質 體 5 WIKIPEDIA

微生物 胃潰瘍事實上由幽門菌所致，世界 2/3 人受感染 6 1982 兩位澳洲醫生發現胃潰瘍與細菌有關，一剛開始到處碰壁，逐漸被證實後，終於 2005 年獲得諾貝爾醫學獎。 Marshall and Warren User:KGH 幽門菌躲在胃壁上皮細胞 幽門菌為何不怕胃酸？躲在胃壁組織中慢慢生長，且有酵素把尿素轉換成 氨 NH3 與 CO2 因此得以中和部份胃酸。 NH2 H2N C O + NH3 CO2 偵測 CO2 產生 Helicobacter pylori – Physiology & Genetics (2001) ASM Press 胃部潰瘍切片染有幽門菌 WIKIPEDIA Helicobacter pylori 6

微生物 細菌的基因很小，容易被解碼，也有其演化優勢 Celera 7 解出微生物的基因密碼後，就可以瞭解其代謝上的優缺點，並得設計有效的對抗藥物。 Celera 由基因密碼可解讀代謝途徑 以找出攻擊點 『細菌的染色體非常進化，其生理功能也很直接... 是非常務實的基因... 』 Wiki user Time3000 DNA mRNA 核糖體 基 礎 代 謝 圖 蛋白質 7 WIKIPEDIA

Wells' The War of the Worlds 微生物 細菌可生長在各種極端環境，外星有無細菌？ 火星人之謎 許多嚴苛的環境，都發現有微生物生長。 它們如何適應環境？ 高溫 高鹽 強酸 缺氧 火山、溫泉、死海、地底、深海 土壤中的微生物遠比我們想像多，也蘊藏極豐富的基因寶藏；但是大部分都無法在實驗室中分離培養。 Wells' The War of the Worlds 火星人入侵，地球被細菌拯救；細菌也是地球一員。 火星隕石所發現的長條蟲狀物，長度只有 20 nm，可能是礦物質的沈積物。Why？ 一個蛋白質就有 4 nm 長 8 火星表面的人面像 WIKIPEDIA

關鍵名詞 原核生物 prokaryote 真核生物 eukaryote 共生細菌 symbiosis 奈米 nanometer 代謝物 metabolite 肉毒桿菌 botulin 青黴素 penicillin 幽門桿菌 H. pylori 胃潰瘍 Celera 公司 Craig Venter 基因體解碼 代謝路徑圖 極端環境生物 土壤微生物 火星生物

細菌在整個生物界的分類位置如何？ 『細菌基因體很小，構造較單純原始』 細菌如何影響人類？ 『其代謝物或產物影響人體生理功能』 細菌如何產生抗藥性？ 『細菌演化出可以分解抗生素的物質』 細菌與人類有何異同之處？ (任舉二例) 『都是依循 Central Dogma 運作生命』 『主代謝大致相同，其餘則變異很大』

人類應如何與細菌相處？ (1) 細菌有益亦有害必須小心對應 (2) 科學家應發展更有效的抗生素 (3) 人類不應該干涉細菌的生存權 (4) 應該有效控制細菌以造福人類 (5) 細菌與人類已發展出共生關係 ■ Quiz

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作品 授權條件 作者/來源 認識細菌,Discovery Networks, Cronkite Ward製作,協和國際多媒體出版 http://tulips.ntu.edu.tw/search~S5*cht?/X{215870}{21593c}{21512c}{215543}&searchscope=5&SORT=DZ/X{215870}{21593c}{21512c}{215543}&searchscope=5&SORT=DZ&extended=0&SUBKEY=%E8%AA%8D%E8%AD%98%E7%B4%B0%E8%8F%8C/1%2C7%2C7%2CB/frameset&FF=X{215870}{21593c}{21512c}{215543}&searchscope=5&SORT=DZ&1%2C1%2C 2010/07/25 visited

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作品 授權條件 作者/來源 TimVickers http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Bluegreen_algae.jpg 2010/07/16 visited http://en.wikipedia.org/wiki/File:Relative_scale.svg 認識細菌,Discovery Networks, Cronkite Ward製作,協和國際多媒體出版 http://tulips.ntu.edu.tw/search~S5*cht?/X{215870}{21593c}{21512c}{215543}&searchscope=5&SORT=DZ/X{215870}{21593c}{21512c}{215543}&searchscope=5&SORT=DZ&extended=0&SUBKEY=%E8%AA%8D%E8%AD%98%E7%B4%B0%E8%8F%8C/1%2C7%2C7%2CB/frameset&FF=X{215870}{21593c}{21512c}{215543}&searchscope=5&SORT=DZ&1%2C1%2C 2010/07/25 visited fr:Utilisateur:Dake http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Synapse_diag3.png 2010/07/16 visited

作品 授權條件 作者/來源 the Centers for Disease Control and Prevention http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Clostridium_botulinum_01.png 2010/07/16 visited Dake http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Synapse_diag4.png 2010/07/20 visited Edgar181 http://en.wikipedia.org/wiki/File:ACh-stick.png 2010/07/20 visited 認識細菌,Discovery Networks, Cronkite Ward製作,協和國際多媒體出版 http://tulips.ntu.edu.tw/search~S5*cht?/X{215870}{21593c}{21512c}{215543}&searchscope=5&SORT=DZ/X{215870}{21593c}{21512c}{215543}&searchscope=5&SORT=DZ&extended=0&SUBKEY=%E8%AA%8D%E8%AD%98%E7%B4%B0%E8%8F%8C/1%2C7%2C7%2CB/frameset&FF=X{215870}{21593c}{21512c}{215543}&searchscope=5&SORT=DZ&1%2C1%2C 2010/07/25 visited

作品 授權條件 作者/來源 自行掃描自 Kleinsmith and Kish / Principles of Cell and Molecular Biology (2nd Edition) p.101 Wiki User: Arne List http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Faroe_stamp_079_europe_%28fleming%29.jpg 2010/07/20 visited Jonathunder http://en.wikipedia.org/wiki/File:Nobel_Prize.png 2010/08/10 visited 國立台灣大學生化科技系 莊榮輝 教授 S

作品 授權條件 作者/來源 認識細菌,Discovery Networks, Cronkite Ward製作,協和國際多媒體出版 http://tulips.ntu.edu.tw/search~S5*cht?/X{215870}{21593c}{21512c}{215543}&searchscope=5&SORT=DZ/X{215870}{21593c}{21512c}{215543}&searchscope=5&SORT=DZ&extended=0&SUBKEY=%E8%AA%8D%E8%AD%98%E7%B4%B0%E8%8F%8C/1%2C7%2C7%2CB/frameset&FF=X{215870}{21593c}{21512c}{215543}&searchscope=5&SORT=DZ&1%2C1%2C 2010/07/25 visited User:KGH http://en.wikipedia.org/wiki/File:Immunohistochemical_detection_of_Helicobacter_%281%29_histopatholgy.jpg 2010/07/20 visited Yutaka Tsutsumi, M.D. Professor Department of Pathology Fujita Health University School of Medicine http://en.wikipedia.org/wiki/File:EMpylori.jpg 2010/07/20 visited

作品 授權條件 作者/來源 自行掃描自 Helicobacter pylori – Physiology & Genetics (2001) ASM Press 認識細菌,Discovery Networks, Cronkite Ward製作,協和國際多媒體出版 http://tulips.ntu.edu.tw/search~S5*cht?/X{215870}{21593c}{21512c}{215543}&searchscope=5&SORT=DZ/X{215870}{21593c}{21512c}{215543}&searchscope=5&SORT=DZ&extended=0&SUBKEY=%E8%AA%8D%E8%AD%98%E7%B4%B0%E8%8F%8C/1%2C7%2C7%2CB/frameset&FF=X{215870}{21593c}{21512c}{215543}&searchscope=5&SORT=DZ&1%2C1%2C 2010/07/25 visited Zephyris http://en.wikipedia.org/wiki/File:Metabolism_790px_partly_labeled.png 2010/07/16 visited

作品 授權條件 作者/來源 認識細菌,Discovery Networks, Cronkite Ward製作,協和國際多媒體出版 http://tulips.ntu.edu.tw/search~S5*cht?/X{215870}{21593c}{21512c}{215543}&searchscope=5&SORT=DZ/X{215870}{21593c}{21512c}{215543}&searchscope=5&SORT=DZ&extended=0&SUBKEY=%E8%AA%8D%E8%AD%98%E7%B4%B0%E8%8F%8C/1%2C7%2C7%2CB/frameset&FF=X{215870}{21593c}{21512c}{215543}&searchscope=5&SORT=DZ&1%2C1%2C 2010/07/25 visited NASA and The Hubble Heritage Team (STScI/AURA) http://zh.wikipedia.org/wiki/File:Mars_Hubble.jpg 2010/07/20 visited NASA http://en.wikipedia.org/wiki/File:ALH84001.jpg http://en.wikipedia.org/wiki/File:Martian_face_viking_cropped.jpg Frank R. Paul http://en.wikipedia.org/wiki/File:War_of_the_Worlds_original_cover_bw.jpg

作品 授權條件 作者/來源 War of the Worlds http://outnow.ch/Movies/2005/WarOfTheWorlds/Posters/005296/ 2010/07/20 visited