大腸桿菌是好菌還是壞菌?只分布於人體大腸嗎?——《生物學學理解碼》

課本介紹人體大腸中的大腸桿菌 (Escherichia coli) 有助於維生素吸收,但新聞報導時有感染大腸桿菌而死亡的案例,究竟它是有助於人體健康的益菌還是讓人生病的病原菌?此外,大腸桿菌顧名思義應分布於大腸,其他腸道區域也有大腸桿菌嗎?

大腸桿菌。圖/pixnio

大腸桿菌小檔案

大腸桿菌屬於兼性厭氧的革蘭氏陰性桿菌,由德國細菌學家西奧多 · 埃希 (Theodor Escherich) 於 1885 年嘗試找出霍亂病原時,於結腸中分離鑑定,因此大腸桿菌的屬名為埃希氏菌屬 (Escherichia) ,而 coli 是指  「colon」 (大腸中的結腸)。 埃希最早將之命名為 Bacterium coli commune(大腸中普通的桿菌),阿爾多 · 卡斯特拉尼 (Aldo Castellani) 與阿爾伯特 · 約翰 · 查爾默斯 (Albert John Chalmers) 於 1919 年更名為 Escherichia coli,以紀念埃希的貢獻,但直到 1958 才被官方認定 (Emerg. Infect. Dis., 2015) 。

是好菌?

人體大腸中的大腸桿菌與我們的關係常為互利共生,大腸桿菌可合成並釋放人體所需的營養素,包含維生素K 、 B12 等;人體製造凝血因子時需要維生素K 的參與。

大腸桿菌可由腸道中獲得營養與有利的生長環境,亦能抑制其他病菌生長,幫助維持腸道菌落。

還是壞菌?

大腸桿菌通常不致病,因此大部分的菌株並非致病菌,但有些菌株會引起食品中毒,通稱為病原性大腸桿菌  (EEC) ,依據其致病機制,主要可分為六種亞群(施等人, 1997 )。最常見的致病性大腸桿菌是因細菌的內毒素,引起腹瀉、脫水等症狀,稱為「旅行者的腹瀉」 (Traveler’s diarrhea) 。

致病性大腸桿菌常引起「旅行者的腹瀉」(Traveler’s diarrhea)使人精神不濟。圖/pixabay

另一種致病性大腸桿菌,是 1982 年於美國爆發出血性結腸炎的大腸桿菌 O157 : H7 ,該種菌株透過內毒素破壞腸道與腎臟,可能造成腸道出血與溶血性尿毒症 (HUS) 。大腸桿菌 O157 : H7 產生的內毒素稱為類志賀氏毒素 (Shiga-like toxins 或 verotoxin) ,與痢疾志賀氏桿菌 (Shigella dysenteriae,為桿菌性痢疾的病原菌之一)產生的志賀氏毒素相似。科學家認為痢疾志賀氏桿菌的內毒素基因經噬菌體傳遞,被帶入大腸桿菌中,形成大腸桿菌 O157 : H7  菌株。

大腸桿菌依血清型區分不同菌株。圖/《生物學學理解碼》。

大腸桿菌的數量與分布

人類胃腸道內居住著許多微生物,形成一個複雜的生態系統。一個人的糞便中可鑑定出 400 多種細菌,主要為厭氧菌。腸道是氧氣濃度受限的環境,分布了兼性厭氧菌 (facultative anaerobes) ,包含大腸桿菌與葡萄球菌 (Staphylococcus) ,佔腸道微生物數量的 0.1%。人體的上消化道(胃、十二指腸、空腸和迴腸前段)細菌菌落較為稀疏,細菌濃度小於 104 個生物體 / 毫升腸液。

比較各段消化道內厭氧菌與大腸桿菌的數量(修改自  Gorbach, 1996 )。圖/《生物學學理解碼》

下消化道中以大腸分布的菌落最多濃度約為 1011 個細菌 / 克糞便,其中主要是厭氧菌,其數量可達兼性厭氧菌的 1000 倍 (Gorbach, 1996) 。換句話說,大腸桿菌在小腸中分布的數量極少,在迴腸中數量較多,但主要分布於大腸。

人體各消化器官的分段。圖/《生物學學理解碼》。

破除大腸桿菌的刻板印象

◎一般腸道內的大腸桿菌與人體互利共生,大腸桿菌通常不致病。
◎部分種類的大腸桿菌菌株會引起食品中毒,稱為病原性大腸桿菌。致病性大腸桿菌常是透過細菌的內毒素,引起腹瀉、脫水等症狀,或是如大腸桿菌 O157 : H7 透過內毒素,破壞腸道與腎臟。
◎人體的上消化道細菌菌落較為稀疏,下消化道中以大腸分布的菌落最多,其中主要是厭氧菌,其數量可達兼性厭氧菌的 1000 倍。
◎大腸桿菌在小腸中分布的數量極少,在小腸的迴腸段中數量較多,但主要仍是分布於大腸。

情資來源:

 

 

 

本文摘自《生物學學理解碼:從研究史、生態、生理到分子生物,完整剖析39個高中生物學疑難案例》,紅樹林,2019  年 3 月出版。


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