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為何細菌是迷人的小東西

陳俊堯
・2015/11/15 ・3993字 ・閱讀時間約 8 分鐘 ・SR值 477 ・五年級

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原來除了可怕的病原菌之外,還有其它細菌

人有很多種。有的人想用自已的專長幫助別人,於是讓自已變成醫生工程師,應用自已的專業能力來改善別人的生活。有一些人則是管不住自已的好奇心,就是想要把這地球上有什麼奇怪東西怎麼運作搞清楚。這種人大概適合變成科學家。那對於研究細菌的細菌人來說,到底是被什麼東西挑起了好奇心,而會願意每天花大量時間把玩細菌呢?

細菌人只是好奇心比較重,不是比較笨或比較愛冒險而要去玩做容易讓自己生病的事。細菌並不都是會讓人死掉的病原,事實上病原菌只是這個星球上眾多細菌裡的一小撮特異功能者,大部份的細菌其實應該是不會跟人打交道的。那人為什麼要跑去跟細菌打交道呢?我很好奇為什麼大學生會對這個在高中時幾乎不認識的小東西產生興趣,於是訪問了自己研究室裡的年輕細菌人們,看看他們到底是被細菌的哪一點煞到才走上這條路的。下面是問到的答案,加上我自己的理由,一起整理出來讓大家參考,你也可以順便看一下自己心裡是不是也藏著一個未現身的細菌人。

細菌是別人看不見的神秘生物

基本上,生物學家的工作是在偷窺人家的生活。而一個環境微生物學家,有上百萬種個體型微小的對象可以偷窺。只是想要偷窺細菌的生活,可不是件簡單的事。

細菌很小,真的很小,500 隻細菌連起來才大概等於一公釐,那是你小學時直尺上面最小的刻度。要看見它們,你必須借助顯微鏡來幫忙。如果你在顯微鏡下看過數千隻細菌像煙火一樣往各個方向高速來回亂竄,那絶對是個永生難忘的畫面。每隻細菌都用盡全力向前直線衝刺,路上撞到別人,暫停,轉個方向又繼續向前衝去,那真是個好忙好忙的世界啊。當你檢視染過色的抹片,在顯微鏡下看著視野裡成千上百隻細菌,就像空拍機飛過反核遊行隊伍上空,向下看著路上密密麻麻的人群一樣,每個黑點都是一個獨立的生命。這些細菌都有相同的血緣,都是由同一隻細菌辛苦分裂生成的,如果在人類社會裡都該算是兄弟姐妹。你在看的是一個有百萬個成員的大家庭啊!人和細菌真的是很不一樣,當你可以跟別人分享這些平常人沒機會接觸或想像的新世界,就是一種說不出的得意。你看過嗎?沒有厚?

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細菌人收集自已的神奇寶貝

我問研究室裡的學生細菌哪裡迷人。有人告訴我說,養細菌像養寵物,而且是很棒的養寵物經驗。

細菌很小。為了要研究它們,我們會把細菌塗在一種叫做培養基的細菌專用果凍上,用果凍裡的養份支持細菌生長。一直要等到細菌從一隻長成一個百萬軍團時,它們的總體積才大到可以被我們的眼睛看見,才能被拿來做各種研究測試。如果你像我一樣喜歡認識自然環境裡來的細菌,你會想拿起一點水裡綠色的泥巴,看看自己抓到了什麼。但是你並不能馬上看到你的獵物,你得把樣本放在培養基上塗一塗,接下來要抱著等開獎的忐忑心情等上一天兩天三四天,直到原本在你樣本上的一隻細菌長成一個軍團後,你才知道知道幾天前自己到底抓到了什麼東西。

好了,你的細菌長成軍團了。長成的菌落外型可能是平的圓的花朵狀放射狀丘陵狀寶塔狀,顏色可能是白色黃色橘色紅色綠色藍色黑色半透明,千奇百怪。它們可能具備你完全猜不到的奇異能力,而你就像看到首次出現在面前的神奇寶貝一樣,要決定是不是該努力收服它,把它變成自己的收藏。不過我們不用神奇寶貝球收藏細菌,而是請它們待在零下八十六度的冰宮裡,等到下次需要它們的時候,再讓它們從冰凍中甦醒過來。

而且養這種神奇寶貝不怕火箭隊來亂,因為能探險的地方太多了,沒什麼好搶的。我們需要更多人手來收服這些神奇寶貝。

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細菌活在一個我們要有縮小燈才能體會的世界

基本上,生物學家是在偷窺人家的生活。而一個環境微生物學家,有數百萬種對象可以偷窺。

不過,細菌感受到的世界跟我們的很不一樣,你得有縮小燈才能親自體驗。在這種尺寸下,水的表面張力是難以想像的大。一粒土對細菌來說是數百倍身長,以人的比例相對來說,要比 101 大樓還高得多。土粒的外界接觸空氣,往中心走一點就沒有氧氣了。想像你是大樓裡的住戶,每層樓的環境都不一樣,你在家裡活得很舒服,可是在你家樓下五層樓的地方環境就改變到讓你活不下去,這大概就是細菌感受到的土粒了。細菌是要住在土粒表面吸附的水層裡的,而這土粒在風兒輕輕吹過時,水分可能快速蒸發,瞬間水世界就變成了沙漠,一群細菌可能就成了冤魂。

細菌的生活很辛苦,而且很容易死翹翹的。

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細菌小歸小,還挺奸邪的(稱讚)

在研究細菌,關注細菌本領很多年之後,我必須說我很佩服這些小傢伙。你知道在生物界裡,體型大的生物在搶資源時比較佔優勢。不過,細菌很小。你知道一個生物如果基因多,能用的工具也就多,可是細菌的基因跟人比起來也少得可憐。細菌能存活下來的秘招是分工合作。有的細菌會在同種間分工合作,有的長成生物膜生物毯跟不同種的細菌合作,有的找動物植物搭擋。有的細菌把動物植物當成食物,揮軍攻入這些多細胞生物的體內,那個危險程度像是反抗軍闖進死星一樣,噢,而且是徒步行軍進去。

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這個行星上到處都有細菌,各自以自己獨特的方式活了下來。

而人類經常是它們的手下敗將,如果免疫系統擋不住細菌的攻擊,下場就是被送進醫院,要靠醫生把我們從鬼門關救回來。不過當你坐下來研究人類為什麼會敗在小小的細菌手上時,你才會發現細菌是可敬的對手,它們的武器系統精巧得可怕。拿人類宿敵沙門氏桿菌為例,它們打不過腸道裡的其它細菌,於是跑來招惹我們的免疫系統,讓免疫細胞進來大屠殺。我們的免疫反應殺不死沙門氏桿菌,卻幫它們清除了其它細菌。沙門氏桿菌還能拿戰場上留下的分子來當養份生長,所以我們免疫系統的介入反而成就了它的霸業。

不過這絶對不是細菌好聰明,居然研究出這樣一套精良的戰術來打倒人類。細菌不聰明,它們只是一直讓子弟兵同不同戰術進攻,試久了總會賭到好方法。而我們在這裡,坐著欣賞這巧妙的攻防對戰。

細菌社會比人類社會還複雜

細菌原地分裂,所以常常會是一大群自己人住在一起。當我們研究一種細菌時,我們是在研究一個社會,而且每隻細菌可能都有點不一樣。細菌間會對話,然後可能在溝通後改變行為。

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海底、土壤、腸道是三個微生物多樣最高的微米生物世界。在這些地方隨便採個樣本都會有數百個種類同時存在,如果要算任兩物種間的互動關係,一共是西五百取二這麼多種(還記得排列組合嗎),再加上真菌原生生物藻類線蟲等等,一跎大便就複雜到像是一個宇宙。環境微生物學家花很多時間想要搞清楚在同個地點會有哪些細菌住在一起。這種心情就像你來到閃靈的演唱會現場,心裡預期著今天來的大概都會是熱血青年吧。結果你很驚訝地看到有七十歲阿公跟五歲小朋友出現在人群裡。於是你的好奇心被揚起,想要知道為什麼他們會出現在這裡。追上去訪問後你可能會發現小朋友是走錯路跑進來的,或者發現原來阿公也喜歡黑死金,於是你修正了你對老人家的定義,原來也有喜歡這種音樂的老人家。

對生物學家來說一座森林裡的動物植物已經夠複雜了,如果再加上土壤裡不知道有多少的微生物,我們就有了說不完研究不完的故事了呀。不過,以人類有限的智慧和時間,還真的是不知道有沒有可能把這一大團複雜成這副德性的關係搞清楚。

已經有很多先驅者投入這個叫做微生物生態學的研究領域,設法搞清楚這些微生物之間的關係,以及環境和微生物之間的關係。有點像是把過去研究動物植物生態的方法,放進微觀的世界裡來檢驗。台灣也有不少對微生物生態有興趣的研究人員,幾年前組成了個台灣微生物生態學會,來分享彼此的經驗。而以生態角度來看醫學問題的新嘗試,這些年也在各國的研究裡逐漸出現,舉個例子來說,像是抗生素造成細菌抗藥性的演化,如果改用抑制毒性但不殺死細菌的治療策略,就不容易出現抗藥性了。過去以為八竿子打不著的生態學和醫學,現在開始出現有趣的交集了。

細菌鋪滿整個地球。現在是,未來也會是。

動物出生時細菌早已鋪滿整個地球,而且已經在地球上住了二十幾億年了。所以我們其實是住進了細菌的家,在它們家裡任意改變環境。細菌長上了我們的身體,經過長時間的互相篩選之後,我們身上帶著一群和我們維持友好關係的細菌。

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這一路上從農業興起、工業革命走到電腦時代,人類的生活方式出現很大的改變,但是我們自己的生理反應和與細菌間的關係都還來不及好好調整。過去我們大腸裡的細菌可以幫忙把我們消化不了的纖維素轉換成短鏈脂肪酸,而我們的腸壁會回收這些脂肪酸來當做養份。這是一種細菌幫助盟友的好行為,對當時人類的生存有利。不過同樣的細菌在現在這個營養過剩的時代裡,反倒因為提供太多養份,而被當做助長肥胖的兇手。我們認為施肥用藥可以加速農作物生長,來餵飽世界上的人。而當你增加土壤裡的養份,除掉原本覆蓋土壤的雜草,或者用藥確保作物不會沾染上病原時,這些農業操作都會對微生物造成影響。只是這些影響有多大,對這些細菌原本承擔的生態功能會有什麼影響,我們真的才開始瞭解而已。

全球的細菌人們還在努力弄清楚細菌跟我們老祖宗到底建立了什麼默契,還在弄清楚細菌怎麼在地球上生存以及怎麼維持地球上的各種循環。這樣來描述我們現在的狀況好了: 我們在高速行駛的失控火車上,然後大家還在努力查字典想讀懂以外星球文字書寫的火車操作說明。我們來不來得及在火車撞毀之前重新找到解決的方法呢? 我不知道。我們是在找解救自己的方法,如果最後真的來不及的話,我們會從地球上消失,而地球不會毀滅,而是會重新回到細菌的手上的。

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陳俊堯
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慈濟大學生命科學系的教書匠。對肉眼看不見的微米世界特別有興趣,每天都在探聽細菌間的愛恨情仇。希望藉由長時間的發酵,培養出又香又醇的細菌人。

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一餐變災難:台北素食餐廳爆食物中毒,這些細菌你不可不知!
careonline_96
・2024/08/30 ・2532字 ・閱讀時間約 5 分鐘

北市素食餐廳的食物中毒事件已造成二死四危急,引發眾人關注。食物中毒可能是因為食物內含有細菌、病毒、或寄生蟲,當這些病菌持續在腸胃道理作亂、生長,就會引發不適。另外,食物中毒也可能與細菌製作出的毒素有關。

食物中毒的症狀

食物中毒算是個很廣泛的說法,包含了各種不同的細菌或病毒感染,多數在幫表現症狀的初期,我們還不知道究竟是哪一種細菌或病毒造成的,因為一般食物中毒還輕微的時候,就是腸胃炎的症狀。患者會肚子絞痛,想要跑廁所,開始有腹瀉症狀。這時要注意自己的糞便是純粹水便,還是含有血絲或大量的血便,這與猜測致病原有關係,要記得就診時告知醫師腹瀉的狀況。另外,還要告知有沒有發燒、嘔吐等情形。

另外,我們也需要注意這些噁心嘔吐及腹瀉症狀發生的時間點,不同的細菌或病毒造成症狀的時間不一樣,有的短至三十分鐘內患者就開始上吐下瀉,有的則是要過上一星期才發病。不過通常是吃到含有病菌的食物後一到三天發病。

多數的食物中毒症狀並不嚴重,很多人會覺得自己只是腸胃不舒服一下下,拉個幾次就會過去了。然而如果有以下狀況,最好趕快就診:

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  • 脫水嚴重:尿尿的量變少,覺得頭暈目眩,嘴巴很乾
  • 一直吐:什麼東西都吃不了,一進食就吐
  • 一直拉:成人拉肚子超過兩天,或是小孩拉肚子連續一天,就算是嚴重了。如果是新生兒,只要看到腹瀉,最好還是就醫。看到血便也是要就醫。
  • 肚子很痛或發燒
  • 家人發現患者意識狀況變差,或發現有複視皮膚變黃等等狀況。

引起食物中毒的知名病菌及其特色

接下來我們來看看幾個容易引起食物中毒的細菌或病毒。

  • 大腸桿菌(E. coli)

最常見的狀況是吃到沒有完全煮熟的絞肉,像是沒煎到全熟的漢堡排。不過大腸桿菌也會出現在受到污染的蔬菜(像是生菜沙拉)、水果、或生水之中。

  • 沙門氏菌(Salmonella)

沙門氏菌存在沒有煮熟的肉類與蛋類食物,或是喝到沒有完全經由巴斯德滅菌過程的乳製品。

  • 金黃色葡萄球菌(Staphylococcus aureus)

備餐的時候沒有先洗手,而處理食物後沒有再經過烹煮,像是切肉片肉排,切三明治或包裝三明治,就可能讓人因金黃色葡萄球菌而食物中毒。

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  • 產氣莢膜桿菌(Clostridium perfringens)

產氣莢膜桿菌存在自然界,可以形成具有耐熱性的孢子,有些甚至在沸水中仍能存活許久。因此,除了生肉、蛋類、奶類可能含有產氣莢膜桿菌外,土生土長的蔬菜、穀類也可能含有產氣莢膜桿菌。當燉煮的肉湯、肉汁放在室溫一陣子,沒有放到冰箱冷藏的話,可能會引起食物中毒。

  • 肉毒桿菌(Clostridium botulinum)

這屬於少見但容易致死的食物中毒。肉毒桿菌是存在自然界土壤與水源的常見細菌,如果沒有藉由煮沸煮熟來殺死肉毒桿菌的話,是無法停止其生長的。最容易造成食物中毒的狀況有兩種,一種是吃到沒有正確保存的醃漬物或罐頭食物,尤其是居家自己醃漬的小品,無論是醃菜、醃魚、醃肉,都可能會導致肉毒桿菌滋生。另一種傳染途徑是讓小於一歲的幼童吃到蜂蜜或玉米糖漿,裡面的孢子可能含有肉毒桿菌而造成幼兒食物中毒,記住記住,千萬不要以為讓幼兒吃蜂蜜很營養喔,會因為感染肉毒桿菌而致死的。

肉毒桿菌會影響神經肌肉的控制,造成的食物中毒特色是患者的視力出現複視,講話講不清楚,肌肉無力,無法吞嚥,有這種狀況務必趕緊就醫。

  • 李斯特菌(Listeria)

李斯特菌可以存在未經巴斯德滅菌過程的牛奶及乳酪中,也會存在於豆芽、瓜類、和香腸熟肉裡。

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  • 諾羅病毒(Norovirus)

諾羅病毒的傳染能力很強,只要碰到帶有諾羅病毒的餐桌表面、再將食物送往口中,就可能感染。因此只要有個人感染諾羅病毒,很容易在與他人共餐的同時藉由分享食物、備餐等狀況而傳給其他人。

預防食物中毒

  • 擤鼻嚏、咳嗽、抽菸、上廁所之後,請記得都要好好洗手
  • 如果是備餐的人,請好好清洗蔬菜及水果,用來備餐的表面及餐具也都要在準備食物之前好好清洗。
  • 肉類、蛋類等務必都要好好煮熟,不要讓生肉或未煮熟的肉或肉汁去污染到其他食物。
  • 不管是煮過的食物或生肉,不要任其停留在室溫內超過兩小時,放兩個小時後的食物都不安全,請儘早把食物冰到冰箱。解凍的食物要趕快煮一煮,不要放在室溫過久。
  • 保存食物的時候,生的肉類要與蔬菜水果、煮過的食物、或加工食物分開擺放。
  • 買含有沙拉醬、美乃滋的食物沒吃完一定要冰起來。
  • 不知道放了多久的食物請丟掉。一打開有味道,或是罐頭蓋子鼓起的一定要丟掉。

預防食物中毒的重點是自己常洗手,並好好保存食物,備餐時也要用心。

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careonline_96
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益生菌不只顧腸道還可抗 PM2.5?益生菌功效怎麼吃?
鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
・2024/03/19 ・2488字 ・閱讀時間約 5 分鐘

本文由 江欣樺營養師 委託,泛科學企劃執行。

健康是無價之寶,想要有好的健康,有很多種方法,像是規律作息、持續運動或是飲食管控,但在忙碌的生活之中,要做到以上這些,並不容易。益生菌或許是另一個解方,輕巧的小包裝,便於攜帶,沒有重量,沒有負擔。別小看這些益生菌,雖然外表不起眼,卻暗藏許多健康密碼。

2012 年,國衛院實驗團隊發現腸道菌和大腦發炎、神經退化、 阿茲海默症有關,腸道菌的健康可能影響大腦和各器官健康狀況,經更多實驗後,發現腸道菌健康與益生菌的使用,跟身體器官的運作有密切關聯。

益生菌、腸道健康與身體健康的關聯性

腸道是人體最大的免疫器官,存在許多共生細菌,以及僅次於大腦的神經細胞數量,全身近一半的淋巴球也分佈在此。

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淋巴球和神經元又與各器官產生相關的免疫及神經反應,像是常聽到腦-腸軸線、肺-腸軸線,都是指腸道與其他器官的連結。換句話說,腸道內的菌相,牽動的不只有腸道系統,而會透過腸道上的免疫及神經反應去影響其他器官。

腸道菌受飲食左右,像是亞洲人偏好澱粉,腸道用來分解醣類的普氏菌也較多;西方人喜好油炸物,腸道幫忙分解油脂的擬桿菌也較多。同理,補充益生菌也能改善菌相,進而影響身體健康。

腸道菌相與飲食習慣息息相關。 圖/Envato

益生菌?益生元?哪裡不一樣

益生菌可分為兩種:活菌、死菌,活菌能定殖在腸道,並不斷產生短鏈脂肪酸(如:乳酸、醋酸、丙酸、酪酸),能使腸道偏酸性,讓壞菌不易生存,有助於腸胃蠕動,降低腸道毒素。

死菌雖然不能像活菌一樣定殖在腸道,但有部分益生菌死掉之後所產生的代謝物,被研究證實是有幫助的,那麼這類型的死菌也可以被稱為後生元。
。腸道內存有好壞菌及伺機菌,益生菌的工作在於製造好菌、帶領伺機菌和抗衡壞菌,事實上益生菌並不會完全消滅壞菌,而是平衡好壞菌,讓菌相穩定,且適當的壞菌也有助於腸道健康。

在選購益生菌時,會發現市面上流通著許多種類,像是常見的 A 菌(嗜酸乳酸桿菌)、B 菌(比菲德氏菌)等,益生菌是以不同菌屬的開頭字母命名,不同的益生菌,就有不同的後生元,保健效果也不同。但這些菌都是指菌種,而菌種會因各廠商培育出的菌株產生差異,通常會以不同的專利名字區分(例如:TW01),效果當然也有差別。

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另外還會注意到,有些產品標示「益生質/益生元」,指的是益生菌的食物,益生元常見的成分為果寡醣、半乳寡醣等,由 2~10 個單醣所構成,不易被人體分解,能提供碳源成為益生菌的養分。益生菌與益生元結合的產品稱為合生素,兩者等同於補好菌加上養好菌,可大大提升保健效果。

益生菌怎麼吃

補充益生菌能夠維持腸胃道健康、幫助排便和調節過敏體質,但也須注意食用方法,否則就功虧一簣。為了確保益生菌能發揮作用,食用時不可搭配過熱的開水,避免失去效用。

吃益生菌時,一定要配冷開水。 圖/Envato

在選購益生菌時要注意!市面上常能看到各種口味的益生菌,希望透過豐富口味變化與繽紛的色彩來吸引消費者購買,但這類型的商品往往會添加大量的香料、甜味劑或者是果汁粉,但每條益生菌僅有兩公克的空間,你想吃的,是廉價添加物還是真正有幫助的好菌呢?

這類型的產品除了添加物的問題,還會養成小朋友嗜糖的習慣,糖類更是過敏的元凶之一,因此建議可以選擇有 100% 無添加認證的益生菌,來避免攝取不必要的人工添加物。基於健康考量,民眾可考慮選購含有益生元的產品。若是有服用抗生素的人,記得一定要使用益生菌恢復腸道菌相,但須與抗生素間隔 1-2 小時。

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益生菌功效有哪些

常見的益生菌功效為保持腸道健康、調整過敏體質,但益生菌功效遠不僅如此。目前台灣有一株三效合一益生菌 Lactobacillus acidophilus TW01 證實可降低大腸癌風險、抗 PM2.5、活化免疫平衡。

圖/江欣樺營養師提供

TW01 是由創辦人——江欣樺營養師領軍耗時三年開發,研發經費高達已高達 2 千萬台幣。於 2023 年獲得國家新創獎,獲得國家肯定,也是該年度益生菌品類中唯一獲獎者。

圖/江欣樺營養師提供

TW01 是從國人日常飲食所延伸的靈感,根據統計,台灣人平均每年喝掉 122 杯咖啡,TW01 則是從古坑咖啡豆發酵液裡的上千株菌中,發現的唯一有效菌株,符合台灣人的飲食習慣。

TW01 進行 TH1 和 TH2 的免疫調節,降低過敏反應,還能促使免疫球蛋白 IgA 分泌,阻擋細菌對上皮細胞破壞,減少腸漏現象,跑到呼吸道的 IgA 可以對抗細菌、病毒和 PM2.5。從科學實驗來看,TW01 還能抑制大腸癌並幫助傷口修復,效果十分廣泛。

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圖/ 江欣樺營養師 提供

益生菌的好處非常多,小至腸道順暢,大至身體機能,江欣樺營養師表示:「吃益生菌有一個很重要的目標就是占地盤,好菌越多,就可以壓制壞菌地盤,又影響伺機菌,往好的方向走,穩固整個腸道菌相。」

益生菌的重要性在於增加好菌,持續服用。在忙碌的生活中,找到適合自己的方式,養成健康的習慣是對身體最好的保障。找到將益生菌納入日常生活的方式,並保持適當的飲食、規律的作息和適量的運動,健康相伴左右。

延伸閱讀

重新定義益生菌功效!新創益生菌 TW01 可降低大腸癌、抗 PM2.5

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蓋房子高手?建築業的未來新星:科氏芽孢桿菌——《細菌群像》
麥田出版_96
・2023/03/12 ・1528字 ・閱讀時間約 3 分鐘

  • Bacillus cohnii   
  • 科氏芽孢桿菌
  • 形狀:圓
  • 直徑:0.6 至 0.7 微米
  • 前進:使用布滿細胞表面的鞭毛
科氏芽孢桿菌。圖/《細菌群像》。

會產生石灰的細菌

細菌不僅可以用於生產食物或提煉金屬,還可以用來建造橋樑和房屋。

例如科氏芽孢桿菌,這是一種一點都不起眼,但會產生石灰的細菌。它喜歡鹼性的生活環境,像是酸鹼值可達八的馬糞裡。但它也生活在鹼性更強的環境,全世界都有其蹤跡,甚至在歐洲、非洲、南美、土耳其的鹼湖裡,它會利用溶在湖裡的碳酸鹽產生石灰。

此細菌最初是在一九九○年代初期,德國微生物及細胞培養保藏中心的細菌學家在尋找偏好鹼性環境的新菌種時所發現,當時的土壤樣本來自一個鹼性土壤的牧場,裡面還殘留著馬糞。

科氏芽孢桿菌除了能夠忍受酸鹼值超過十二的強鹼,相當於氣味刺鼻的氨水的酸鹼值,還能形成孢子渡過長時間的乾旱期。細菌孢子的特性是具有極強的抵抗力,可以存活數十年或數百年,在特定的條件下甚至超過數百萬年(球形離胺酸芽孢桿菌(→ 78頁)還有發芽的能力。

科氏芽孢桿菌的名字源自於德國細菌學家費迪南.尤利烏斯.科恩(Ferdinand Julius Cohn),細菌學的奠基者,也是一八七二年第一個鑑識出芽孢桿菌屬這種小桿形細菌的學者。

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研發能「自行修復」的混凝土

科氏芽孢桿菌能生活在鹼性環境中,能產生石灰,孢子經過長時間還具有發芽能力。結合這三種特性,令建築業對之產生興趣。一位荷蘭微生物學家專門研究會產生石灰的細菌,並嘗試研發出一種能自行修復的混凝土。

科學家試圖利用科氏芽孢桿菌研發出能自行修復的混凝土。圖/envatoelements

他的做法是將細菌孢子與銨鹽、磷酸鹽及養分混合在一起,封裝於黏土球裡,然後將這粒只有幾公厘大小的顆粒加入強鹼性的混凝土中。混凝土硬化後若一直保持緊密,便無事發生。但如果出現裂縫,開始長時間滲水,細菌孢子就會開始萌發。當細菌繁殖分裂,會消耗添加進去的物質,並不斷產生碳酸鈣填補裂縫。一道幾公釐寬的裂縫,只需數天時間即可修補完畢。

如此一來,科氏芽孢桿菌就可以解決混凝土結構出現裂縫的難題,否則定期必須進行的繁複維修,造成的損失可高達數十億歐元。除此之外,此細菌也能用在保護現存的建築物,在噴塗混凝土或修復液中皆已測試添加此細菌,用在已出現細微裂縫的建築構件上。

不過,此項產品至今尚未成熟,黏土顆粒仍然占據太多空間,進而影響混凝土的穩定性。還有載體材質、養分及混凝土之間的交互作用,以及孢子平均分布與釋放,與石灰形成的速度及過程等等,都還在改良中。如今,研究人員也測試其他能形成石灰的細菌是否適用。不過無論如何,科氏芽孢桿菌可說是混凝土生物修復劑的先鋒。

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科氏芽孢桿菌這類會產生石灰的細菌,現在也運用在其他目的上。一家德國公司利用它來黏走採礦產生的灰塵。方法是將細菌加入培養液裡,灑在布滿灰塵的泥土上,六至四十八小時內就會產生石灰,將灰塵顆粒黏在一起形成砂岩,即固化灰塵。從前為了抑制灰塵,礦業公司必須使用大量的水,如今,藉由細菌的幫忙,就可以省下這些水了。

——本文摘自《細菌群像:50種微小又頑強,帶領人類探索生命奧祕,推動科學前進的迷人生物》,2023 年 3 月,麥田出版,未經同意請勿轉載。

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1992,麥田裡播下了種籽…… 耕耘多年,麥田在摸索中成長,然後努力使自己成為一個以人文精神為主軸的出版體。從第一本文學小說到人文、歷史、軍事、生活。麥田繼續生存、繼續成長,希圖得到眾多讀者對麥田出版的堅持認同,並成為讀者閱讀生活裡的一個重要部分。