114 年 國立成功大學微生物及免疫學研究所丙組在職生《微生物學》

本題主要考驗學生對常見細菌病原體及其感染途徑的認識。

解題思路：

1. 核心觀念: 細菌感染人體有多種途徑，不同細菌有其特定的感染模式。
2. 列舉五種細菌病原體: 選擇臨床上常見且感染途徑明確的細菌。
3. 說明感染途徑: 針對每種細菌，描述其進入人體的方式。

範例解答：

1. 病原體: Staphylococcus aureus
   感染途徑: 透過受損的皮膚（傷口、割傷、擦傷）或黏膜進入。也可經由飛沫傳播，引起呼吸道感染。

本題考驗學生對抗生素作用機制的理解，這是微生物學中的基礎知識。

解題思路：

1. 核心觀念: 抗生素透過干擾細菌的特定生命過程來抑制或殺死細菌。
2. 列舉五種基本作用機制: 涵蓋細菌生存所必需的幾個關鍵生理功能。

範例解答：

1. 抑制細胞壁合成 (Inhibition of cell wall synthesis): 這類抗生素會干擾肽聚醣 (peptidoglycan) 的合成，導致細菌細胞壁脆弱，在滲透壓壓力下破裂死亡。例如：盤尼西林 (Penicillin)、頭孢菌素 (Cephalosporins)。
2. 抑制蛋白質合成 (Inhibition of protein synthesis): 這類抗生素作用於細菌的核糖體 (ribosome)，干擾 mRNA 的轉譯過程，阻止蛋白質的生成。根據作用於 30S 或 50S 次單元，有不同的抗生素。

本題考驗學生對細菌逃避免疫系統（特別是吞噬細胞）的機制之了解。

解題思路：

1. 核心觀念: 細菌為了在宿主體內生存和繁殖，發展出多種策略來對抗吞噬細胞的清除。
2. 列舉四種逃避免疫清除的機制: 這些機制可以防止細菌被吞噬、阻止吞噬體的成熟，或直接殺死吞噬細胞。

範例解答：

1. 形成莢膜 (Formation of a capsule): 許多細菌（如 Streptococcus pneumoniae, Haemophilus influenzae, Klebsiella pneumoniae）表面有莢膜，這層黏液狀的結構可以阻止吞噬細胞的附著和吞噬，或影響吞噬體與溶酶體的融合。
2. 分泌毒素殺死吞噬細胞 (Secretion of toxins to kill phagocytes): 一些細菌會產生細胞毒素（如白毒素 Leukocidin），直接殺死吞噬細胞（如嗜中性球）。

本題要求設計一個實驗方案，以評估分離到的 Streptococcus pyogenes (化膿性鏈球菌) 的毒力潛力，並探討其致病機制。這需要結合體外、體內實驗以及分子生物學技術。

解題思路：

1. 核心觀念: 毒力 (virulence) 是指病原體引起疾病的能力，而致病機制 (mechanisms of pathogenesis) 則是病原體如何造成組織損傷和疾病的具體途徑。評估毒力需要多方面的方法。

2. 實驗設計原則: 應包含對比實驗（與已知毒力較弱的菌株比較）、體外試驗（模擬人體環境）、體內試驗（動物模型）以及分子層面的研究。

3. 研究步驟:

   A. 菌株鑑定與比較 (Strain Identification and Comparison)

   • 確認菌株: 使用標準微生物學方法（如革蘭氏染色、生化鑑定、血清學分型）確認分離株為 Streptococcus pyogenes。
   • 菌株分型: 進行 M 蛋白分型 (M protein typing) 或其他分子分型方法（如 MLST, emm sequence typing），將此分離株與已知毒力相關的 M 型進行比較。
   • 對照組: 選擇一株已知毒力較弱或非侵襲性的 S. pyogenes 作為對照組。

   B. 體外毒力因子評估 (In Vitro Virulence Factor Assessment)

   • 溶血素 (Hemolysins): 測試菌株產生的鏈球菌溶血素 O (Streptolysin O, SLO) 和鏈球菌溶血素 S (Streptolysin S, SLS) 的活性。SLS 通常在固體培養基上表現，SLO 則可以在液體培養基中測定。高水平的溶血活性可能與組織損傷有關。
   • 鏈球菌毒素 (Streptococcal Toxins):
     • 鏈球菌致熱外毒素 (Streptococcal Pyrogenic Exotoxins, SPEs): 測試菌株是否產生 SPEs（如 SpeA, SpeB, SpeC），這些毒素是引起毒性休克症候群 (Toxic Shock Syndrome) 和猩紅熱 (Scarlet Fever) 皮疹的重要因素。可使用 ELISA 或 PCR 方法檢測。
     • 鏈球菌激酶 (Streptokinase, SK): 測試菌株產生 SK 的能力。SK 能溶解纖維蛋白，有助於細菌擴散，但也可能引起出血。
     • 鏈球菌脫氧核醣核酸酶 (Streptodornase, SD): 測試菌株產生 SD 的能力，SD 能降解 DNA，有助於細菌突破組織。
   • 抑制吞噬作用 (Inhibition of Phagocytosis):

好的，這題是關於格蘭氏染色法（Gram staining）的應用，主要考驗同學對格蘭氏陽性菌（Gram-positive bacteria）與格蘭氏陰性菌（Gram-negative bacteria）在結構與特性上的差異與相似之處的理解。這也是微生物學中最基礎且重要的鑑別診斷方法之一。

解題過程

格蘭氏染色法是根據細菌細胞壁的成分差異，利用結晶紫（crystal violet）和碘（iodine）作為初染劑和媒染劑，酒精或丙酮作為脫色劑，以及複紅（safranin）作為複染劑，將細菌區分為兩大類：格蘭氏陽性菌和格蘭氏陰性菌。

差異 (Differences):

1. 細胞壁結構 (Cell Wall Structure):

   • 格蘭氏陽性菌: 其細胞壁主要由一層厚厚的肽聚醣（peptidoglycan）層組成，肽聚醣層的厚度可達 20-80 nm。肽聚醣層外可能還有少量磷壁酸（teichoic acids）和脂磷壁酸（lipoteichoic acids）。
     • 為什麼? 厚實的肽聚醣層能夠在酒精脫色過程中，將結晶紫-碘複合物鎖在細胞內，因此在複染後仍呈現紫色。
   • 格蘭氏陰性菌: 其細胞壁結構較為複雜，肽聚醣層非常薄（約 2-7 nm），位於內膜（inner membrane）和外膜（outer membrane）之間。外膜是格蘭氏陰性菌獨有的結構，主要由脂多醣（lipopolysaccharide, LPS）、脂蛋白（lipoprotein）和蛋白質組成。
     • 為什麼? 由於肽聚醣層薄且外膜具有較高的脂質含量，酒精脫色時會溶解外膜的脂質，使酒精容易滲透，將結晶紫-碘複合物從薄的肽聚醣層中沖洗出來，因此細胞變為無色。隨後複染的複紅會使細胞呈現紅色。

2. 外膜的存在 (Presence of Outer Membrane):

   • 格蘭氏陽性菌: 無外膜。
   • 格蘭氏陰性菌: 具有外膜，這是其細胞壁的重要組成部分。外膜中的脂多醣（LPS）是革蘭氏陰性菌的內毒素（endotoxin），與細菌的致病性密切相關。

3. 對抗生素的敏感性 (Susceptibility to Antibiotics):

   • 格蘭氏陽性菌: 通常對青黴素（penicillin）和鏈黴素（streptomycin）等抗生素較敏感，因為這些抗生素常作用於肽聚醣的合成。