114 年 國立成功大學微生物及免疫學研究所乙組《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，這是一份針對「國立成功大學微生物及免疫學研究所乙組」民國 114 年「微生物學」考科第 5 題的詳解。

這題考的核心觀念是細菌分類學中最重要的鑑別方法之一：革蘭氏染色法（Gram staining）。考生需要理解革蘭氏染色法的原理，並能比較革蘭氏陽性菌（Gram-positive bacteria）與革蘭氏陰性菌（Gram-negative bacteria）在細胞結構上的差異，進而解釋為何它們會呈現不同的染色結果，同時也要能辨識兩者之間的相似之處。

第 5 題：革蘭氏染色法比較

解題過程：

革蘭氏染色法是一種利用細菌細胞壁結構差異來區分兩大類細菌（革蘭氏陽性菌與革蘭氏陰性菌）的實驗技術。此方法的核心在於結晶紫（crystal violet）染劑的滯留能力，而這又取決於細菌細胞壁的組成與結構。

1. 染色原理與步驟回顧：

革蘭氏染色法的基本步驟如下：

• 初染 (Primary staining)： 使用結晶紫（crystal violet）對所有細菌進行染色。此時，革蘭氏陽性菌和陰性菌都會被染成紫色。
• 媒染 (Mordanting)： 加入碘液（iodine solution），碘與結晶紫形成複合物，增加染劑在細胞內的滯留性。
• 脫色 (Decolorization)： 使用酒精或酒精-丙酮混合液進行脫色。這是區分兩類細菌的關鍵步驟。
  • 革蘭氏陽性菌： 其厚肽聚醣層（peptidoglycan layer）能有效鎖住結晶紫-碘複合物，不易被脫色劑穿透，因此仍維持紫色。
  • 革蘭氏陰性菌： 其外膜（outer membrane）較薄，且肽聚醣層也較薄，脫色劑能輕易穿透，將細胞內的結晶紫-碘複合物洗脫掉，使細胞變為無色。
• 複染 (Counterstaining)： 使用沙夫林染劑（safranin）進行複染。
  • 革蘭氏陽性菌： 原本已是紫色，再染上紅色沙夫林染劑後，顏色仍以紫色為主，不易觀察到紅色。
  • 革蘭氏陰性菌： 原本已脫色變為無色，此時會被沙夫林染劑染成紅色。

2. 革蘭氏陽性菌與革蘭氏陰性菌的差異：

特徵	革蘭氏陽性菌 (Gram-positive bacteria)	革蘭氏陰性菌 (Gram-negative bacteria)
細胞壁結構	厚肽聚醣層 (Peptidoglycan layer)；無外膜。	薄肽聚醣層 (Peptidoglycan layer)；具有外膜 (Outer membrane)。
肽聚醣含量	高 (約 20-80 nm 厚)	低 (約 2-10 nm 厚)