114 年 國立清華大學生命科學院聯招：分子與細胞生物研究所、分子醫學研究所、生物資訊與結構生物研究所、生物科技研究所、系統神經科學研究所甲組《微生物學》

本題主要考驗學生對常見抗微生物藥物作用機轉的理解。題目要求選出錯誤的敘述。

A. 氟康唑 (Fluconazole) 是一種抗真菌藥物，其作用機轉是抑制真菌細胞膜上麥角固醇 (ergosterol) 的合成，進而破壞細胞膜的完整性。此敘述正確。

B. 臨床上常用的抗生素利福平 (Rifampin) 主要作用於細菌的 RNA 聚合酶 (RNA polymerase)，抑制細菌的 RNA 合成。此敘述正確。

C. 四環黴素 (Tetracycline) 是一種廣效抗生素，其主要作用機轉是結合細菌的 30S 核糖體次單元，抑制蛋白質的合成，而非作用於細胞壁。

本題主要考驗學生對微生物毒素種類、來源及其作用的理解。題目要求選出錯誤的敘述。

A. 肉毒桿菌 (Botulinum toxin) 是一種神經毒素，能抑制乙醯膽鹼 (acetylcholine) 從運動神經末梢釋放，導致肌肉麻痺。此敘述正確。

B. 黃麴毒素 B1 (Aflatoxin B1) 是由某些黃麴黴菌 (Aspergillus) 產生的毒素，是已知最強的肝臟致癌物之一，能引起肝臟損傷和肝癌。此敘述正確。

C. 霍亂毒素 (Cholera toxin) 由霍亂弧菌 (Vibrio cholerae) 產生，作用於腸道上皮細胞，干擾離子和水的運輸，導致大量水分流失，引起嚴重腹瀉。此敘述正確。

核心觀念

本題考查細菌參與的碳循環與氮循環，重點包括：

• 礦化作用（mineralization）：有機物被分解成無機物，釋放可再利用的營養元素。
• 固定／同化作用（assimilation or immobilization）：無機營養元素被微生物吸收並轉成細胞生物量。
• 產甲烷作用（methanogenesis）：由產甲烷古菌進行，常見途徑包括氫營養型與乙酸裂解型。
• 硝化作用（nitrification）：氨或銨被氧化成亞硝酸鹽，再氧化成硝酸鹽。
• 反硝化作用（denitrification）：硝酸鹽被還原，最終生成氮氣。
• 厭氧氨氧化（Anammox）：銨與亞硝酸鹽在厭氧條件下反應生成氮氣。
• 固氮酶（nitrogenase）：將氮氣還原為氨，不負責 Anammox。

解題方法

判斷此類選擇題時，先對照各作用的「反應物、產物與氧化還原方向」：

• 碳循環：有機碳是否被分解成無機碳，或被合成為生物量。
• 氮循環：氨、亞硝酸鹽、硝酸鹽與氮氣之間的轉換方向。
• 酵素功能：固氮酶與 Anammox 所需酵素不可混淆。

選項分析

A. 錯誤

礦化作用是將有機物中的元素轉換成無機形式，例如：

$$\text{有機氮} \rightarrow \mathrm{NH_4^+}$$

碳循環中則可表示為：

$$\text{有機碳} \rightarrow \mathrm{CO_2}$$

選項所述「碳被轉換成生物量，暫時無法參與營養循環」是同化作用或固定作用，不是礦化作用。

B. 錯誤（依題目原文）

產甲烷作用確實主要由古菌進行，細菌不具備典型的產甲烷代謝系統。常見反應為：

氫營養型產甲烷：

$$\mathrm{CO_2 + 4H_2 \rightarrow CH_4 + 2H_2O}$$

乙酸裂解型產甲烷：

$$\mathrm{CH_3COO^- + H_2O \rightarrow CH_4 + HCO_3^-}$$

因此，題目若寫成「$H_2+CO_2$ 或 acetate」，概念上可判為正確；但原文寫成「$H_2+$ acetate」，並不是標準的乙酸裂解型產甲烷反應。故依原文判定為錯誤。

C. 錯誤

硝化作用是好氧或需氧的化學無機營養代謝，主要分兩步：

$$\mathrm{NH_4^+ \rightarrow NO_2^-}$$ $$\mathrm{NO_2^- \rightarrow NO_3^-}$$

本題考驗學生對細菌 (Bacteria)、古菌 (Archaea) 和真核生物 (Eukarya) 三大域生物特徵的比較。題目要求選出正確的敘述。

A. 氣泡囊 (Gas vesicles) 是用於調節浮力的結構，主要存在於某些細菌（如藍綠菌、紫硫細菌）和少數古菌中。在真核生物中，氣泡囊並不常見，例如某些藻類（如藍綠藻）雖有類似結構，但一般不將其歸類於此。因此，說氣泡囊存在於 Archaea 和 Eukarya 中，是不準確的。

B. 細菌 (Bacteria) 的核糖體大小為 70S，而真核生物 (Eukarya) 的細胞質核糖體大小為 80S。古菌 (Archaea) 的核糖體大小也為 80S，與真核生物相似，但其核糖體蛋白序列和結構更接近細菌。此選項說細菌是 80S，古菌是 70S，是完全錯誤的。

C. 光合作用 (Photosynthesis) 的機制在三大域中存在差異。細菌中有進行光合作用的種類，例如藍綠菌 (cyanobacteria) 使用葉綠素 (chlorophyll)，綠色硫細菌 (green sulfur bacteria) 使用細菌葉綠素。古菌中也有進行光合作用的種類，例如某些古菌（如嗜鹽古菌）利用視紫質 (bacteriorhodopsin) 進行光合作用，這與葉綠素的光合作用不同。真正的葉綠素 (chlorophyll) 主要存在於細菌（如藍綠菌）和真核生物（如植物、藻類）中。在古菌中，進行光合作用的機制與葉綠素無關。因此，說葉綠素光合作用存在於 Bacteria 和 Archaea 中，是不準確的。

本題考驗學生對病原體傳播與感染相關概念的理解。題目要求選出錯誤的敘述。

A. 空氣傳播 (Airborne transmission) 的病原體，其傳播媒介是微小的飛沫核 (droplet nuclei)，通常小於 5 微米 (micrometer) 直徑，可以在空氣中懸浮並傳播較遠距離（超過 1 米）。選項中描述的「大顆粒 (>5 微米)」更接近飛沫 (droplets) 的範疇，飛沫傳播距離通常較短，小於 1 米。因此，此敘述是錯誤的。

B. 病原體定殖 (Colonization) 指病原體附著並在宿主表面或內部生長，但這並不一定會導致組織侵襲或損傷。例如，某些細菌可能定殖在皮膚或腸道，但不引起疾病。此敘述正確。

本題考驗學生對細菌和古菌產生遺傳多樣性機制的理解。題目要求選出對產生遺傳多樣性「直接作用最小」的過程。

A. 接合作用 (Conjugation) 是一種水平基因轉移 (Horizontal Gene Transfer, HGT) 的方式，通過質粒 (plasmid) 或染色體片段的轉移，使細菌獲得新的基因，增加遺傳多樣性。

B. 二分裂 (Binary fission) 是細菌和古菌進行無性繁殖的主要方式。在二分裂過程中，雖然可能發生隨機突變，但其本身是一個複製過程，主要產生與親代相同的遺傳物質。二分裂本身並不直接產生新的基因組合或變異。

C. 轉導作用 (Transduction) 是通過噬菌體 (bacteriophage) 將一個細菌的 DNA 片段轉移到另一個細菌的過程，也是一種水平基因轉移，能引

本題考驗學生對光學顯微鏡原理的理解，特別是解析度 (resolution) 和數值孔徑 (numerical aperture, NA) 的關係。題目要求選出錯誤的敘述。

A. 光學顯微鏡的解析度 (resolution) 與光的波長 (wavelength, $\lambda$) 成反比。波長越短，解析度越好。因此，使用較短波長的光（如藍光）可以提高解析度。此敘述正確。

B. 數值孔徑 (NA) 是影響解析度的重要因素。NA 值越大，解析度越好。通常，高 NA 的物鏡設計更複雜，鏡片更多，其工作距離 (working distance) 會變短，且通常需要使用浸潤油。此敘述正確。

本題考驗學生對不同類型傳染性病原體的組成與結構的認識。題目要求選出由核酸被蛋白質外殼包裹的傳染性因子。

A. 病毒 (Viruses) 的基本結構是由遺傳物質（DNA 或 RNA）被蛋白質外殼（衣殼, capsid）包裹而成。此敘述正確。

B. 類病毒 (Viroids) 是比病毒更小的傳染性因子，它們只由單股環狀 RNA 分子組成，沒有蛋白質外殼。

C. 普利昂 (Prions) 是由異常摺疊的蛋白質分子組成的傳染性因子，不含核酸。

本題考驗學生對細菌細胞內含物 (inclusions) 的認識，特別是儲存氮的種類。

A. 肝糖 (Glycogen) 是儲存碳水化合物（能量）的顆粒。
B. 多磷酸鹽顆粒 (Polyphosphate granules) 儲存磷酸鹽。

本題考驗學生對細菌和真核生物細胞膜成分的比較。題目要求選出存在於真核生物細胞膜但不存在於細菌細胞膜的成分。

A. 磷脂 (Phospholipids) 是細胞膜的基本組成成分，在細菌和真核生物的細胞膜中都廣泛存在。
B. 類菌固醇 (Hopanoids) 類似於真核生物的固醇 (sterols)，存在於許多細菌的細胞膜中，有助於穩定細胞膜。
C. 整蛋白質 (Integral proteins) 是嵌入細胞膜的蛋白質，在細菌和真核生物的細胞膜中都存在，執行多種功能。

本題考驗學生對微生物生長曲線各階段特徵的理解，特別是與演化和遺傳多樣性相關的階段。

微生物生長曲線通常包括延滯期 (Lag phase)、指數期 (Exponential phase)、穩定期 (Stationary phase) 和死亡期 (Death phase)。

A. 延滯期：微生物適應新環境，合成必需的酶和代謝物，生長緩慢。
B. 指數期：微生物以最快的速度進行分裂繁殖，細胞數呈指數級增長。在這個階段，快速的繁殖和代謝活動會產生較多的突變。
C. 穩定期：微生物生長速率與死亡速率大致相等，細胞數達到最高水平。資源耗盡、代謝產物累積等環境壓力會選擇性地篩選出具有適應性優勢的個體，促進演化。
D. 死亡期：死亡速率大於生長速率，細胞數下降。
E. 長期穩定期：在某些情況下，微生物群落可能會進入一個長期穩定的狀態，期間可能發生適應性演化。

題目問的是「與遺傳多樣性 (genetic diversity) 和演化 (evolution) 相關」。

本題考驗學生對細菌細胞分裂過程中，細胞分裂體 (divisome) 功能的理解。

細胞分裂體 (Divisome) 是一個蛋白質複合物，負責介導細菌細胞分裂過程中的關鍵步驟，包括細胞膜的形成、細胞壁的合成以及細胞的縱向分裂。

A. DNA 的複製和濃縮是由 DNA 複製酶和相關蛋白負責，而不是細胞分裂體的主要功能。
B. 細胞質膜 (cytoplasmic membranes) 的合成是持續進行的，細胞分裂體的主要作用是在細胞分裂時形成新的細胞膜和細胞壁結構，以分隔兩個子細胞。

本題考驗學生對如何應對抗生素抗藥性 (drug resistance) 的策略的理解。

A. 降低藥物濃度以避免毒性，但這反而可能導致藥物濃度不足以殺死或抑制細菌，從而促進抗藥性的產生。
B. 單一藥物療法 (single-drug therapy) 容易導致細菌產生抗藥性，因為細菌只需要發展出一種抗性機制即可。

本題考驗學生對麻疹病毒 (measles virus) 特徵的了解。

A. 麻疹病毒屬於副黏液病毒科 (Paramyxoviridae)，其基因組是單一的、非片段化的 RNA 分子。因此，A 錯誤。
B. 麻疹病毒的遺傳物質是 RNA，不是 DNA。因此，B 錯誤。
C. 麻疹病毒相對不穩定，對熱、乾燥和消毒劑敏感。因此，C 錯誤。

本題考驗學生對 SARS-CoV-2 變異株出現以及單株抗體治療效果下降原因的理解。

SARS-CoV-2 是一種 RNA 病毒，其基因組容易發生突變。單株抗體 (monoclonal antibodies) 的作用機制是特異性地結合病毒表面的抗原，阻止病毒感染細胞。

A. 變異株的複製速度與抗體結合能力下降的關係不直接。
B. 單株抗體通常針對病毒表面的特定抗原（如棘蛋白 Spike protein）進行識別。非棘蛋白的突變對單株抗體的結合能力影響較小。

本題考驗學生對 mRNA 疫苗遞送系統中脂質納米顆粒 (Lipid Nanoparticles, LNPs) 作用的理解。

mRNA 疫苗的遞送面臨兩個主要挑戰：

1. mRNA 分子本身非常不穩定，容易被核酸酶降解。
2. mRNA 需要進入細胞才能發揮作用，但細胞膜對帶負電的 mRNA 具有屏障作用。

LNPs 的主要作用是：
A. 增強細胞攝取 (cellular uptake) 和防止 mRNA 被降解 (prevent mRNA degradation)。

本題考驗學生對 SARS-CoV-2 病毒進入細胞過程中，TMPRSS2 蛋白酶的作用的理解。

SARS-CoV-2 病毒進入細胞主要通過兩種途徑：

1. ACE2 介導的膜融合途徑：病毒表面的棘蛋白 (Spike protein) 與宿主細胞表面的 ACE2 受體結合。隨後，由細胞表面的絲氨酸蛋白酶 TMPRSS2 介導，它會切割棘蛋白，使其暴露融合肽 (fusion peptide)，從而促進病毒膜與細胞膜的融合，釋放病毒 RNA 到細胞質中。
2. 內吞途徑：病毒與 ACE2 結合後，被細胞內吞形成內體 (endosome)。在內體內，病毒包膜的融合需要由內體中的蛋白酶（如 Cathepsin L）來切割棘蛋白。

本題考驗學生對 SARS-CoV-2 病毒變異株在群體中佔據主導地位的影響因素的理解。

病毒變異株在群體中佔據主導地位，意味著它能夠更有效地傳播、複製或逃避免疫。

A. N 蛋白 (Nucleocapsid protein) 是病毒結構蛋白，突變可能影響病毒的複製和組裝，但相較於免疫逃逸，其對群體佔主導地位的影響可能較小。
B. 免疫逃逸能力 (Immune evasion capability) 是指變異株能夠逃避免疫系統的識別和清除，包括來自先前感染或疫苗接種產生的免疫。具有強大免疫逃逸能力的變異株能夠在已產生免疫的群體中再次感染，從而更有效地傳播和佔據主導地位。這被認為是 SARS-CoV-2 變異株（如 Alpha, Delta, Omicron）能夠迅速取代先前流行株的主要原因。

本題考驗學生對 SARS-CoV-2 病毒通過內吞途徑進入細胞時，依賴 pH 的原因，特別是組織蛋白酶 L (Cathepsin L) 的作用。

如前所述，SARS-CoV-2 的進入途徑之一是通過內吞作用。在內吞途徑中，病毒與 ACE2 結合後被細胞內吞形成內體。內體內的 pH 值會隨著內吞囊泡的成熟而逐漸降低（變得酸性）。組織蛋白酶 L (Cathepsin L) 是一種半胱氨酸蛋白酶，它在酸性 pH 環境下具有最佳的活性。

A. 棘蛋白與 ACE2 的結合主要發生在細胞表面，此時 pH 值是中性的，而不是酸性的。
B. 酸性 pH 值 (Acidic pH) 是組織蛋白酶 L (Cathepsin L) 發揮活性的必要條件。

本題考驗學生對流感病毒 (influenza viruses) 需要不斷更新疫苗的原因的理解。

流感病毒屬於正黏液病毒科 (Orthomyxoviridae)，其基因組是分段的 RNA。流感病毒具有高度的變異性，這與其 RNA 基因組和缺乏有效的校對機制有關。

A. 流感病毒在宿主細胞內的複製速率是相對較高的，這有助於其傳播，但不是疫苗需要更新的原因。
B. 抗原漂移 (Antigenic drift) 是指流感病毒表面抗原（主要是血球凝集素 HA 和神經胺酸酶 NA）由於點突變等累積性的小變異而發生的緩慢變化。

本題考驗學生對流感病毒生命週期中，神經胺酸酶 (Neuraminidase, NA) 作用的理解。

流感病毒的表面有兩種主要的糖蛋白：血球凝集素 (Hemagglutinin, HA) 和神經胺酸酶 (Neuraminidase, NA)。

A. HA 的主要功能是結合宿主細胞表面的唾液酸受體 (sialic acid receptors)，這是病毒進入細胞的第一步。NA 不負責結合受體。
B. NA 的主要功能是切割宿主細胞表面和新生病毒顆粒表面的唾液酸殘基。

本題考驗學生對 RNA 病毒相較於 DNA 病毒具有較高突變率原因的理解。

A. RNA 病毒通常複製週期較快，這反而會增加突變累積的機會，而不是減少。
B. RNA 病毒的複製依賴於 RNA 聚合酶 (RNA-dependent RNA polymerase, RdRp)。大多數 RdRp 缺乏校對 (proofreading) 功能，這意味著它們在複製 RNA 時容易出錯，並且無法有效糾正這些錯誤。

本題考驗學生對篩選潛在抗病毒藥物的實驗技術的理解。

A. RT-PCR (Reverse transcription polymerase chain reaction) 主要用於檢測和定量 RNA，例如檢測病毒 RNA 的存在或拷貝數，常用於診斷，但不是直接用於篩選大量化合物。
B. 高通量篩選 (High-throughput screening, HTS) 是一種自動化技術，能夠在短時間內對大量的化合物或樣品進行測試，以尋找具有特定活性的物質。在藥物發現領域，HTS 被廣泛用於篩選能夠抑制病毒複製或活性的化合物。

本題考驗學生對干擾素 (Interferons, IFNs) 在病毒感染中的作用的理解。

干擾素是一類由宿主細胞分泌的細胞因子，在抗病毒免疫中起著關鍵作用。

A. 干擾素的作用是抑制病毒複製，而不是增強。
B. 干擾素實際上是激活和增強免疫反應，而不是抑制。
C. 當細胞受到病毒感染時，它們會分泌干擾素。

本題考驗學生對細胞毒性 T 淋巴細胞 (Cytotoxic T Lymphocytes, CTLs) 在病毒免疫中的作用的理解。

細胞毒性 T 淋巴細胞 (CTLs) 是適應性免疫系統的重要組成部分，它們負責識別和清除被病毒感染的細胞。

A. 中和血液中的游離病毒主要是抗體 (antibodies) 的功能。
B. 病毒抗原呈遞 (viral antigen presentation) 是由抗原呈遞細胞 (Antigen-Presenting Cells, APCs)，如樹突狀細胞、巨噬細胞和 B 細胞，通過 MHC 分子將病毒抗原呈遞給 T 細胞。

本題考驗學生對病毒如何逃避免疫系統的機制。

病毒為了生存和複製，發展出多種策略來逃避免疫系統的偵測和清除。

A. 病毒通常會抑制或延遲宿主細胞的凋亡，以延長細胞存活時間，從而有更多時間複製。攻擊凋亡 (Attacking apoptosis) 反而是促進宿主細胞凋亡，這不利於病毒複製。
B. 表面抗原的快速突變 (Rapid mutation of surface antigens) 是病毒，尤其是 RNA 病毒（如流感病毒、HIV）逃避免疫系統的常見且有效的方法。

核心觀念

本題考查重要細菌類群的代謝功能、醫學微生物學特徵、內共生起源，以及細菌在生物技術上的應用。解題時，先將題幹線索轉換成「功能、疾病、形態或生態角色」，再與選項中的專一性名稱配對。

解題方法

逐題抓取關鍵字：

1. 氨氧化成亞硝酸鹽：硝化作用第一階段，由氨氧化細菌完成。
2. 最小且能自行繁殖的細菌：沒有細胞壁、基因體極小的 Mycoplasma。
3. 口腔鵝口瘡：念珠菌感染。
4. 全球重要二氧化碳固定者：海洋藍綠菌 Prochlorococcus。
5. 粒線體祖先：與立克次體相近的好氧、能量寄生型細菌。
6. 齲齒：口腔中的 Streptococcus mutans。
7. 植物轉基因：利用 Agrobacterium tumefaciens 的 Ti 質體與 T-DNA。
8. Lyme disease：病原為 Borrelia burgdorferi。
9. 含有 chlorophyll b 的原核生物：傳統分類中的 Prochlorophytes。

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各小題詳解

（1）bacteria can convert ammonia to nitrites

氨轉換成亞硝酸鹽是硝化作用的第一階段：

$$\mathrm{NH_3 \rightarrow NO_2^-}$$

主要由氨氧化細菌完成，代表性菌屬為 Nitrosomonas。

配對：N. Nitrosomonas species

補充比較：

• Nitrosomonas：氨 $\rightarrow$ 亞硝酸鹽。
• Nitrococcus：亞硝酸鹽 $\rightarrow$ 硝酸鹽，屬於硝化作用第二階段。

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（2）smallest bacteria capable of self-reproduction

Mycoplasma 是能自行繁殖的最小型細菌之一，細胞膜含有固醇，且因缺乏細胞壁而具有高度變形性。

其基因體與細胞結構十分精簡，但仍保有自行複製、轉錄、翻譯與代謝所需的基本系統，因此不同於只能在宿主細胞內繁殖的病毒或部分細胞內寄生細菌。

配對：W. Mycoplasma

選項 O「the Mollicutes」是包含 Mycoplasma 在內的分類群名稱，不是單一細菌名稱；本題要求最符合具體菌屬的答案，因此選 W。

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（3）oral thrush

口腔鵝口瘡是口腔黏膜的念珠菌感染，常見病原為 Candida albicans。患者可見口腔黏膜出現乳白色斑塊，刮除後可能留下紅腫或出血表面。

Candida albicans 是真菌，不是細菌，但本題選項混合細菌、真菌與分類群，必須依疾病特徵判斷。

配對：T. Candida albicans

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（4）Synechococcus and ______ are two bacterial species account for ~1/3 of global CO₂ fixation

海洋中的 Prochlorococcus 與 Synechococcus 都是重要的微型藍綠菌，透過光合作用固定大量二氧化碳，對全球碳循環具有關鍵作用。

Prochlorococcus 含有特殊的葉綠素組合，細胞極小且廣泛分布於溫暖海洋，是地球上數量最豐富的光合生物之一。

配對：Y. Prochlorococcus

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（5）the possible endosymbiotic ancestor of the mitochondria

粒線體起源的內共生理論認為，粒線體源自被真核細胞吞噬後長期共生的好氧細菌。粒線體具有：

• 雙層膜；
• 自己的環狀 DNA；
• 類似細菌的 70S 核糖體；
• 以二分裂方式增殖；
• 與部分細菌具有相似的電子傳遞與呼吸作用系統。

Rickettsia prowazekii 是專性細胞內寄生的革蘭氏陰性細菌，屬於 Alphaproteobacteria，與粒線體的演化關係密切，因此被視為可能的粒線體祖先類型。

配對：B. Rickettsia prowazekii

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（6）a Gram-positive bacterium can cause dental caries

Streptococcus mutans 是革蘭氏陽性球菌，能在牙齒表面形成牙菌斑，並利用醣類產生乳酸，使牙齒表面局部酸化，造成牙齒琺瑯質去礦化，進而形成齲齒。

其重要特徵包括：

• 能黏附於牙齒表面；
• 可形成細胞外多醣；
• 發酵糖類產生酸；
• 具有耐酸性。

配對：R. Streptococcus mutans

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（7）a bacterium useful for horizontal gene transfer to generate transgenic plants

Agrobacterium tumefaciens 能利用 Ti 質體上的 T-DNA，將部分 DNA 移入植物細胞，並整合至植物染色體中。

天然狀態下，T-DNA 會使植物形成冠癭；經過基因工程改造後，可將致病基因替換成目標基因，作為植物轉基因的重要工具。

配對：D. Agrobacterium tumefaciens

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（8）Lyme disease

Lyme disease 的病原為螺旋菌 Borrelia burgdorferi，主要由蜱傳播。感染後可能出現：

• 擴張性紅斑；
• 發燒與倦怠；
• 關節炎；
• 神經症狀；
• 心臟傳導異常。

配對：F. Borrelia burgdorferi

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（9）the only prokaryotes containing chlorophyll b

本題依傳統微生物學分類，答案為 Prochlorophytes。這類光合原核生物具有 chlorophyll a 與 chlorophyll b，且缺乏典型藍綠菌的 phycobilisome。

本題考驗學生對主要病原體 (primary pathogen) 和機會性病原體 (opportunistic pathogen) 的區別。

主要病原體 (Primary pathogen)

• 定義：指能夠在健康宿主中引起疾病的微生物，即使在宿主免疫系統功能正常的情況下也是如此。它們通常具有較強的致病力。
• 致病機制：通常擁有特定的毒力因子（如毒素、酶、侵襲因子等），能夠克服宿主的免疫防禦，導致組織損傷和疾病。
• 例子：引發嚴重感染的細菌，如肺炎鏈球菌 (Streptococcus pneumoniae) 引起肺炎，或炭疽桿菌 (Bacillus anthracis) 引起炭疽病。

機會性病原體 (Opportunistic pathogen)

• 定義：指通常不會在健康宿主中引起疾病，但當宿主免疫系統受損、免疫力下降，或病原體進入身體的非正常部位時，才會引起疾病的微生物。
• 致病機制：它們本身的致病力通常較弱，但能夠利用宿主免疫力的缺陷（如免疫缺陷症、接受免疫抑制劑治療、老年、嬰幼兒等）或通過非正常的途徑（如手術傷口、導管感染）入侵並造成感染。
• 例子：
  • 白色念珠菌 (Candida albicans)：在健康人腸道或口腔中通常是共生菌，但在免疫力低下者、接受抗生素治療者或有糖尿病的患者中，可能引起鵝口瘡或全身性感染。
  • 綠膿桿菌 (Pseudomonas aeruginosa)：在免疫力低下者、燒傷患者或使用導管的病人中，可能引起嚴重的機會性感染。

本題考驗學生對 RNA 病毒複製過程中，RNA 依賴性 RNA 聚合酶 (RNA-dependent RNA polymerase, RdRp) 作用的理解。

RNA 病毒的遺傳物質是 RNA。與 DNA 病毒不同，宿主細胞的細胞核中不存在能夠直接以 RNA 為模板合成 RNA 的酶。因此，RNA 病毒必須在其基因組中編碼自己的 RNA 依賴性 RNA 聚合酶 (RdRp)，或者編碼其前體蛋白，在感染細胞後才能合成。

RdRp 的作用：

1. 複製 (Replication)： RdRp 的主要功能是作為模板，以病毒的 RNA 基因組為模板，合成新的病毒 RNA 鏈。這包括：
   • 合成互補鏈 (Complementary strand)： 首先，RdRp 會以病毒的基因組 RNA 為模板，合成一條互補鏈的 RNA，這條鏈可以是負鏈 (negative-sense) 或正鏈 (positive-sense)，取決於病毒的基因組類型。
   • 合成新的基因組 RNA： 然後，以這條互補鏈為模板，RdRp 會合成大量的新的病毒基因組 RNA。

本題考驗學生對有套膜病毒 (enveloped viruses) 和無套膜病毒 (non-enveloped viruses) 在環境中穩定性差異的理解。

有套膜病毒 (Enveloped viruses)

• 結構：這類病毒在其蛋白質外殼 (capsid) 的外面，還有一層由宿主細胞膜來源的脂質雙層構成的「套膜 (envelope)」。套膜上嵌有病毒編碼的糖蛋白（如流感病毒的 HA 和 NA，HIV 的 gp120）。
• 環境敏感性：
  • 脂質套膜的脆弱性： 脂質雙層對熱、乾燥、去污劑（如酒精、肥皂）、酸性環境等非常敏感。這些因素可以破壞脂質套膜，導致套膜結構崩解，使病毒失去感染能力。
  • 糖蛋白的敏感性： 套膜上的糖蛋白也可能對環境因素敏感，容易變性失活。

本題考驗學生對流感病毒血球凝集素 (Hemagglutinin, HA) 在病毒進入宿主細胞過程中作用的理解。

血球凝集素 (HA) 是流感病毒表面的一種糖蛋白，在病毒感染宿主細胞的過程中起著至關重要的作用。HA 的主要功能包括：

1. 識別和結合宿主細胞受體： HA 能夠特異性地識別並結合宿主細胞表面的一種糖分子——唾液酸 (sialic acid)。這是病毒能夠附著到宿主細胞表面的第一步。
2. 介導病毒進入和融合： 在與細胞表面的唾液酸結合後，病毒會被宿主細胞內吞，形成內體 (endosome)。

本題考驗學生對流感病毒複製過程中「帽蓋擷取」(cap-snatching) 機制的理解。

「帽蓋擷取」是流感病毒（一種負鏈 RNA 病毒）在細胞核內進行 RNA 複製和轉錄時採取的一種特殊策略。

機制：
流感病毒的 RNA 聚合酶 (RdRp) 在細胞核內合成病毒 mRNA 時，並非從頭合成一個完整的 mRNA 分子，而是採用一種「帽蓋擷取」的方式。其步驟如下：

1. 識別宿主 mRNA： 流感病毒的 RdRp 會識別宿主細胞轉錄出的、已加帽 (capped) 的 mRNA 分子。
2. 切割宿主 mRNA 的帽蓋結構： RdRp 具有一種內切核酸酶 (endonuclease) 的活性，它會切割宿主 mRNA 的 5' 端帽蓋結構（通常是 $m^7GpppN$ 結構）。
3. 利用擷取的帽蓋作為引物： 被切割下來的帶有帽蓋的短 RNA 片段，會被流感病毒的 RdRp 作為引物，然後以病毒基因組 RNA 為模板，合成新的病毒 mRNA。

酸鹼染色法 (Acid-fast staining) 是一種用於區分某些細菌的染色技術，特別是那些具有蠟狀質 (waxy) 細胞壁的細菌，這些細菌對標準的革蘭氏染色法 (Gram staining) 具有抗性。

原理：
酸鹼染色法的關鍵在於利用了某些細菌細胞壁中豐富的 mycolic acids (分枝鏈脂肪酸)。Mycolic acids 具有疏水性，並能與染料形成穩定的複合物。

染色步驟：

1. 初染 (Primary staining)： 使用一種強的染料，如碳酚品紅 (carbolfuchsin)，並加熱（或使用酚類增強劑）來幫助染料滲透到細菌細胞壁中，與 mycolic acids 結合。
2. 脫色 (Decolorization)： 用酸性酒精 (acid-alcohol) 溶液（如 3% 鹽酸的 70% 酒精）進行處理。由於 mycolic acids 的疏水性和與染料形成的穩定複合物，酸性酒精無法將碳酚品紅從這些細菌中脫色。
3. 復染 (Counterstaining)： 使用一種對比染料，如美藍 (methylene blue) 或孔雀綠 (malachite green)。

十進位時間 (Decimal Reduction Time, D value 或 D time) 是微生物學和食品安全領域的一個重要概念，用於描述殺滅微生物的熱處理過程。

定義：
D value 是指在特定的溫度下，將某一微生物群體數量減少到原來的十分之一 (1/10) 所需的時間。換句話說，它表示殺滅 90% 的目標微生物群體所需的滅菌時間。

理解：

• 溫度依賴性： D value 與溫度密切相關。溫度越高，殺滅微生物所需的時間越短，D value 就越小。反之，溫度越低，D value 就越大。
• 微生物特性： 不同的微生物對熱的抵抗力不同，因此具有不同的 D value。例如，芽孢桿菌 (spore-forming bacteria) 的芽孢比細菌的營養體 (vegetative cells) 更耐熱，具有更高的 D value。
• 對數衰減： 微生物的殺滅過程通常遵循對數衰減 (logarithmic reduction) 的規律。

Col 質體 (Col plasmids) 是一類特殊的細菌質體 (plasmid)，它們能夠編碼產生細菌素 (bacteriocin)，並同時對這些細菌素具有抗性。

定義與特徵：

• 質體 (Plasmid)： 質體是細菌細胞質中獨立於染色體之外的、能夠自我複製的小型環狀 DNA 分子。它們攜帶一些非必需但可能對細菌有利的基因。
• 細菌素 (Bacteriocin)： 細菌素是細菌產生的一類蛋白質或肽類物質，它們對與產生細菌素的細菌同種或近緣的其他細菌具有毒性作用（抑菌或殺菌）。
• Col 質體： Col 質體攜帶的基因能夠編碼：
  1. 細菌素 (Bacteriocin)： 例如，大腸桿菌 (Escherichia coli) 的 Col 質體可以產生 Colicin，這是一類能夠殺死其他大腸桿菌或近緣細菌的蛋白質。

本題考驗學生對革蘭氏陽性菌 (Gram-positive bacteria) 和革蘭氏陰性菌 (Gram-negative bacteria) 細胞壁結構和功能的比較與對比。

革蘭氏陽性菌細胞壁 (Gram-positive bacterial cell wall)

結構：

1. 厚肽聚醣層 (Thick peptidoglycan layer)： 這是革蘭氏陽性菌細胞壁的主要成分，厚度可達 20-80 奈米。肽聚醣是由 N-乙醯葡萄糖胺 (NAG) 和 N-乙醯胞壁酸 (NAM) 鏈通過 β-(1,4) 糖苷鍵連接而成，並通過肽鏈相互交聯 (cross-linking)，形成堅固的三維網狀結構，提供細胞的機械強度和形態。
2. 磷壁酸 (Teichoic acids) 和脂磷壁酸 (Lipoteichoic acids, LTAs)： 這些是革蘭氏陽性菌細胞壁的特有成分，嵌入在肽聚醣層中。
   • 磷壁酸： 與肽聚醣共價連接，末端延伸至細胞壁表面。
   • 脂磷壁酸： 通過脂質部分錨定在細胞質膜上，末端延伸至細胞壁。
   • 功能： 磷壁酸和脂磷壁酸在維持細胞壁結構完整性、調節離子通透性、參與細胞黏附、識別宿主以及作為抗原決定基等方面發揮作用。
3. 細胞質膜 (Cytoplasmic membrane)： 位於肽聚醣層的內側，是細胞內膜系統的一部分，負責物質運輸、能量代謝和信號傳導。

功能：

• 提供機械強度和形態： 厚肽聚醣層是主要的支撐結構。
• 防止細胞裂解： 抵抗滲透壓，防止細胞在高滲透壓環境下吸水膨脹而裂解。
• 參與細胞間相互作用： 磷壁酸和脂磷壁酸可能參與與宿主的相互作用。
• 作為抗原： 磷壁酸和脂磷壁酸是重要的免疫原。

革蘭氏陰性菌細胞壁 (Gram-negative bacterial cell wall)

結構：

1. 薄肽聚醣層 (Thin peptidoglycan layer)： 位於內膜和外膜之間，厚度通常只有 2-7 奈米，比革蘭氏陽性菌薄得多。
2. 周質空間 (Periplasmic space)： 位於細胞質膜和外膜之間，包含一層薄的肽聚醣層以及周質蛋白 (periplasmic proteins)，這些蛋白質參與物質運輸、酶活性等。
3. 外膜 (Outer membrane)： 這是革蘭氏陰性菌細胞壁的獨特結構，位於肽聚醣層的外側。外膜由以下成分組成：
   • 脂質雙層 (Lipid bilayer)： 外層主要是脂多醣 (Lipopolysaccharide, LPS)，內層是磷脂。
   • 脂多醣 (LPS)： LPS 是革蘭氏陰性菌外膜的關鍵成分，由脂質 A (Lipid A)、核心寡醣 (core oligosaccharide) 和 O 抗原 (O antigen) 組成。脂質 A 錨定在外膜的磷脂層中，是內毒素 (endotoxin) 的主要成分，具有致病性和免疫原性。
   • 外膜蛋白 (Outer membrane proteins)： 包括孔蛋白 (porins)，允許小分子物質通過，以及其他功能性蛋白質。
4. 細胞質膜 (Cytoplasmic membrane)： 位於最內層，與革蘭氏陽性菌類似。

功能：

• 提供機械強度和形態： 雖然肽聚醣層較薄，但與外膜共同作用提供保護。
• 屏障作用： 外膜的 LPS 和外膜蛋白形成了一個額外的屏障，限制了某些物質（如親水性較強的藥物）進入細胞，增加了對抗生素的抵抗力。