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「人帥益生菌,人醜大腸菌」 這樣講對嗎?

陳俊堯
・2016/06/13 ・3056字 ・閱讀時間約 6 分鐘 ・SR值 451 ・四年級

看到 「人帥益生菌,人醜大腸菌」這句話在 FB 上洗板,細菌人眉頭一皺,因為這句話乍聽之下覺得有趣又有點科味,但覺得有點怪怪的。到底是哪裡怪怪的呢?

細菌絶不會加入外貌協會

這個人帥人醜居然也可以牽拖到細菌,不知道細菌是最不重視外在,還是最不在外形上講究的族群嗎?想看到細菌的臉長什麼樣,一般的顯微鏡還辦不到,得動用到電子顯微鏡放大個數上萬倍才可以。但放大以後的細菌長得帥嗎?跟你講個秘密,大部份的細菌在掃描式電子顯微鏡下,要不長得像嘟嘟好香腸(短桿菌),要不就像一粒粒的魚丸(球菌),每隻都長那個樣,老實說看了挺無趣的(或看了挺餓的)。益生菌或是大腸菌,長得都差不多,細菌是絶不會加入外貌協會的!

所以這句話是要說人帥人人愛,人醜就心眼壞了囉?要能這樣講,你心裡大概默認益生菌是好東西,大腸菌則是可怕討厭的壞東西。不過,真的是這樣的嗎?

Photo by AJC ajcann.wordpress.com (CC BY-NC-SA 2.0). Bifidobacterium. https://goo.gl/k1P1wE
掃描式電子顯微鏡下的比菲德氏菌。 圖/by AJC ajcann.wordpress.com @flickr (CC BY-NC-SA 2.0). Bifidobacterium.

散播益生菌散播愛

益生菌最早是二十世紀初期荷蘭科學家埃黎耶.梅契尼可夫(Élie Metchnikoff)所提的概念,指的是吃了能有益人類健康的微生物。所以就像很多廠牌型號的通訊機器,不管有多少功能,統統稱作手機一樣,益生菌指的是任何一種符合這項標準的微生物。

我們的身體裡有益生菌嗎?拿兩類最常見的益生菌乳酸桿菌(Lactobacillus和比菲德氏菌(Bifidobacterium)來說好了,這兩類細菌在身體裡都有,前者在小腸環境多,後者在大腸環境多,但數量會變動,如果能由體外補充或許不錯。

那,我們會到處散佈益生菌嗎?這件事就不容易發生了。乳酸菌雖然在小腸數量多,可是在通過腸道後數量變少,在環境裡也不容易存活,只佔糞便總菌量的一小部份。而比菲德氏菌是厭氧細菌,在有氧氣的環境下無法生存。要從人身上得到這些菌實在是很困難,你大概得每天接受那人的接種好久好久,才有可能成功接到一次。除了一種特殊狀況:女性陰道裡有不少乳酸桿菌,我們在出生時從那裡帶走了第一批保護自己的細菌。不過這種機會一輩子也就只有那麼一次了。

益生菌,你愛不愛?

印象中的益生菌都是要花錢買的。常常有人問我,益生菌吃了真的有效嗎?我也常常回答,這要看你的體質,別問我我不知道耶(然後得到白眼一雙)。

證明某益生菌有效的研究有好多好多,你可能也聽過某伯伯家的小孩吃了益生菌後異位性皮膚炎變好了,但如果真要保證在你身上一定有效,則有點困難。常被用來當做益生菌的乳酸桿菌(Lactobacillus)的菌種,就對我們的黏膜免疫系統(mucosal immune system)做了不少微調的動作。我們吃益生菌,某個程度上等於是拿菌當藥來微調我們自己的免疫系統。但是每個人的免疫系統對什麼東西容易發生反應並不太一樣,能微調阿伯家小孩的菌不見得調得動你的系統,或許,微調的方向不見得是對你有用的。就像每天早上廣播裡出現的升學教材廣告一樣,同樣的教材給你,你唸了就保證能達成你的升學夢嗎?有的人可能就無法喜歡教材裡的編排方式呢!

益生菌對你可能有效可能無效,但是花錢買了才能試,這點大概大家都一樣。

Photo by NIAID (CC BY 2.0). E. coli bacteria. https://goo.gl/hf9lcl
掃描式電子顯微鏡下的大腸桿菌。 圖/ by NIAID @flickr (CC BY 2.0). E. coli bacteria.

叫大腸桿菌卻不愛大腸

大腸菌指的應該是大腸桿菌吧!大腸桿菌顯然住在臭臭髒髒的大腸裡,連政府都會檢驗食物飲料裡大腸桿菌的數量,數量超標了就有食安顧慮要開罰的。這種細菌,總不可能會是個有人喜歡的傢伙了吧?

你錯了。大腸桿菌不愛大腸,當初它是從健康嬰兒的糞便裡被找到的,糞便來自大腸,所以得到這名字。但其實大腸桿菌比較喜歡住在小腸裡面,因為小腸裡養份多,而且還有一些氧氣。到了大腸氧氣耗盡,這個沒有氧氣的世界裡住滿了各式各樣的厭氧菌。大腸中有很多人類消化不了的植物纖維,準備貼上大便標籤後被丟掉,因此很多大腸住民具有切斷植物纖維來當食物的本領,才能在這裡討生活。大腸桿菌啃不了植物纖維,在這裡混不下去,只能撿人家掉的屑屑為食,其實數量在這裡是多不起來的。

每個人都有大腸桿菌

在大家眼裡,大腸桿菌跟益生菌最大的不同,應該是你得花錢買益生菌,但是每個人的肚子裡都配備了自己的大腸桿菌。大腸桿菌早就適應在我們的小腸裡的生活,也在小腸裡成為優勢菌群。

我們讓這些不作怪的大腸桿菌住在身體裡其實是有好處的,因為當病原菌從你吃的食物裡通過胃進到小腸,如果想要在小腸定居致病,第一步是要先打敗大腸桿菌這些地頭蛇,才能佔到立足之地。如果你剛好吃了抗生素把這些常駐的居民清除掉,受感染的機會可以要變高很多。另外大腸桿菌也能製造人類需要攝取的維生素 K,在腸子裡養這種細菌應該是有點好處的,只是我還沒找到直接證據證明人真的從大腸桿菌那裡得到這養份。

看起來大腸桿菌好像應該是我們的朋友。那為什麼電視上會說,某家飲料的大腸桿菌數超標不合格,那它不就應該是個好可怕的有害細菌嗎?這又要好好說明一下了。

這種測試背後的想法來自於大腸桿菌是人的腸子裡才會出現的細菌,而且在環境中活不了太久就會死掉。所以當飲水或食物中出現它,那表示沒多久前還活在某人、某動物腸子裡的東西,和這些飲水或食物有接觸。雖然大腸桿菌可能對我們無害,但是它都可以出現,萬一它的源頭是個散佈病菌的病人,在病人腸子裡的病原菌就有機會進到你的食物或飲水裡,很不妥。2010 海地的霍亂大流行就是這樣來的。

大腸桿菌殺人事件

聽起來好像大腸桿菌是好房客,又會禦敵又能生產有用的養份。不過,大腸桿菌也能在環境裡居住,而且會在撿到致病基因後重新回到舒適的腸道老窩。這時就不好玩了,這些大腸桿菌不再安份當個房客,會進一步攻入人體組織。其中在腸道裡危害嚴重的有:產毒性大腸桿菌(enterotoxigenic E. coli)、致病性大腸桿菌(enteropathogenic E. coli)、侵入性大腸桿菌(enteroinvasive E.  coli)、出血性大腸桿菌(enterohemorrhagic E. coli)等等。不只腸道,泌尿道致病性大腸桿菌(Uropathogenic E. coli)還會從尿道進攻,在又酸又毒的尿液裡逆流而上,甚至攻進腎臟。這些病原,每年奪走好多人的性命,光是死在產毒性大腸桿菌手上的人就有數十萬。殺人兇手無誤。

雖然這些特殊菌株有感染人的能力,但是絶大部份的大腸桿菌是無害的,要把少數極端份子的帳算在大腸桿菌上,看起來也不是那麼公道的啦。

Photo by AgriLife Today (CC BY-NC-ND 2.0). E. coli bacteria on lettuce. https://goo.gl/jTrA8Q
大腸桿菌會躲在被污染的生菜葉片的氣孔裡。 Photo by AgriLife Today @flickr (CC BY-NC-ND 2.0). E. coli bacteria on lettuce.

結論

人帥人醜都一樣,在正常的狀況下,你散播下的都不太可能是益生菌,但留下大腸桿菌的機會是有的。人或動物留下的大腸桿菌造成重大危害的機會不大,但是大腸桿菌是個指標,告訴你大便來了。而不管你是誰,在你腸子裡的益生菌和大腸桿菌還是會繼續保護你的。

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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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揭開人體的基因密碼!——「基因定序」是實現精準醫療的關鍵工具

科技魅癮_96
・2021/11/16 ・1998字 ・閱讀時間約 4 分鐘

為什麼有些人吃不胖,有些人沒抽菸卻得肺癌,有些人只是吃個感冒藥就全身皮膚紅腫發癢?這一切都跟我們的基因有關!無論是想探究生命的起源、物種間的差異,乃至於罹患疾病、用藥的風險,都必須從了解基因密碼著手,而揭開基因密碼的關鍵工具就是「基因定序」技術。

揭開基因密碼的關鍵工具就是「基因定序」技術。圖/科技魅癮提供

基因定序對人類生命健康的意義

在歷史上,DNA 解碼從 1953 年的華生(James Watson)與克里克(Francis Crick)兩位科學家確立 DNA 的雙螺旋結構,闡述 DNA 是以 4 個鹼基(A、T、C、G)的配對方式來傳遞遺傳訊息,並逐步發展出許多新的研究工具;1990 年,美國政府推動人類基因體計畫,接著英國、日本、法國、德國、中國、印度等陸續加入,到了 2003 年,人體基因體密碼全數解碼完成,不僅是人類探索生命的重大里程碑,也成為推動醫學、生命科學領域大躍進的關鍵。原本這項計畫預計在 2005 年才能完成,卻因為基因定序技術的突飛猛進,使得科學家得以提前完成這項壯舉。

提到基因定序技術的發展,早期科學家只能測量 DNA 跟 RNA 的結構單位,但無法排序;直到 1977 年,科學家桑格(Frederick Sanger)發明了第一代的基因定序技術,以生物化學的方式,讓 DNA 形成不同長度的片段,以判讀測量物的基因序列,成為日後定序技術的基礎。為了因應更快速、資料量更大的基因定序需求,出現了次世代定序技術(NGS),將 DNA 打成碎片,並擴增碎片到可偵測的濃度,再透過電腦大量讀取資料並拼裝序列。不僅更快速,且成本更低,讓科學家得以在短時間內讀取數百萬個鹼基對,解碼許多物種的基因序列、追蹤病毒的變化行蹤,也能用於疾病的檢測、預防及個人化醫療等等。

在疾病檢測方面,儘管目前 NGS 並不能找出全部遺傳性疾病的原因,但對於改善個體健康仍有積極的意義,例如:若透過基因檢測,得知將來罹患糖尿病機率比別人高,就可以透過健康諮詢,改變飲食習慣、生活型態等,降低發病機率。又如癌症基因檢測,可分為遺傳性的癌症檢測及癌症組織檢測:前者可偵測是否有單一基因的變異,導致罹癌風險增加;後者則針對是否有藥物易感性的基因變異,做為臨床用藥的參考,也是目前精準醫療的重要應用項目之一。再者,基因檢測後續的生物資訊分析,包含基因序列的註解、變異位點的篩選及人工智慧評估變異點與疾病之間的關聯性等,對臨床醫療工作都有極大的助益。

基因定序有助於精準醫療的實現。圖/科技魅癮提供

建立屬於臺灣華人的基因庫

每個人的基因背景都不同,而不同族群之間更存在著基因差異,使得歐美國家基因庫的資料,幾乎不能直接應用於亞洲人身上,這也是我國自 2012 年發起「臺灣人體生物資料庫」(Taiwan biobank),希望建立臺灣人乃至亞洲人的基因資料庫的主因。而 2018 年起,中央研究院與全臺各大醫院共同發起的「臺灣精準醫療計畫」(TPMI),希望建立臺灣華人專屬的基因數據庫,促進臺灣民眾常見疾病的研究,並開發專屬華人的基因型鑑定晶片,促進我國精準醫療及生醫產業的發展。

目前招募了 20 萬名臺灣人,這些民眾在入組時沒有被診斷為癌症患者,超過 99% 是來自中國不同省分的漢族移民人口,其中少數是臺灣原住民。這是東亞血統個體最大且可公開獲得的遺傳數據庫,其中,漢族的全部遺傳變異中,有 21.2% 的人攜帶遺傳疾病的隱性基因;3.1% 的人有癌症易感基因,比一般人罹癌風險更高;87.3% 的人有藥物過敏的基因標誌。這些訊息對臨床診斷與治療都相當具實用性,例如:若患者具有某些藥物不良反應的特殊基因型,醫生在開藥時就能使用替代藥物,避免病人服藥後產生嚴重的不良反應。

基因時代大挑戰:個資保護與遺傳諮詢

雖然高科技與大數據分析的應用在生醫領域相當熱門,但有醫師對於研究結果能否運用在臨床上,存在著道德倫理的考量,例如:研究用途的資料是否能放在病歷中?個人資料是否受到法規保護?而且技術上各醫院之間的資料如何串流?這些都需要資通訊科技(ICT)產業的協助,而醫師本身相關知識的訓練也需與時俱進。對醫院端而言,建議患者做基因檢測是因為出現症狀,希望找到原因,但是如何解釋以及病歷上如何註解,則是另一項重要議題。

從人性觀點來看,在技術更迭演進的同時,對於受測者及其家人的心理支持及社會資源是否相應產生?回到了解病因的初衷,在知道自己體內可能有遺傳疾病的基因變異時,家庭成員之間的情感衝擊如何解決、是否有對應的治療方式等,都是值得深思的議題,也是目前遺傳諮詢門診中會詳細解說的部分。科技的初衷是為了讓人類的生活變得更好,因此,基因檢測如何搭配專業的遺傳諮詢系統,以及法規如何在科學發展與個資保護之間取得平衡,將是下一個基因時代的挑戰。

更多內容,請見「科技魅癮」:https://charmingscitech.pse.is/3q66cw

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《科技魅癮》的前身為1973年初登場的《科學發展》月刊,每期都精選1個國際關注的科技議題,邀請1位國內資深學者擔任客座編輯,並訪談多位來自相關領域的科研菁英,探討該領域在臺灣及全球的研發現況及未來發展,盼可藉此增進國內研發能量。 擋不住的魅力,戒不了的讀癮,盡在《科技魅癮》