113 年 國立嘉義大學獸醫學系獸醫學及管理碩士班《基礎微生物學》

本題主要考查革蘭氏陽性菌與陰性菌細胞壁的結構差異。革蘭氏染色法是微生物學中區分細菌的重要方法，其染色結果與細菌細胞壁的結構密切相關。

核心觀念：
革蘭氏陽性菌與陰性菌的主要區別在於其細胞壁的組成與厚度，特別是肽聚醣層的厚度以及是否含有外膜。

詳解：

1. 革蘭氏陽性菌 (Gram-positive bacteria)

• 細胞壁組成：

  • 厚肽聚醣層 (Thick peptidoglycan layer)： 這是革蘭氏陽性菌細胞壁的主要結構，占細胞壁乾重的 60-90%。肽聚醣是一種由 N-乙醯葡萄糖胺 (NAG)、N-乙醯胞壁酸 (NAM) 和胺基酸鏈組成的聚合物，這些 NAM 分子之間通過肽鏈交聯，形成一個堅固的網狀結構，提供細胞形狀和抵抗滲透壓。
  • 磷壁酸 (Teichoic acids)： 磷壁酸是革蘭氏陽性菌細胞壁特有的組分，它們共價連接到肽聚醣層或脂質上。磷壁酸有兩種主要類型：壁磷壁酸 (wall teichoic acids) 和脂磷壁酸 (lipoteichoic acids, LTA)。磷壁酸在維持細胞壁結構、調節離子通過細胞壁、以及參與細胞黏附和免疫反應等方面發揮作用。
  • 多醣 (Polysaccharides)： 有些革蘭氏陽性菌細胞壁也含有少量多醣。

• 結構特點：

  • 細胞壁結構相對簡單，主要由一層厚肽聚醣層組成。
  • 細胞膜 (cytoplasmic membrane) 緊貼著肽聚醣層。
  • 在革蘭氏染色過程中，由於厚肽聚醣層能有效保留結晶紫-碘複合物，因此會被染成紫色。

• 繪圖說明：

  • 繪製細菌細胞，內部為細胞質膜，外層為厚厚的肽聚醣層，肽聚醣層上附著磷壁酸。

2. 革蘭氏陰性菌 (Gram-negative bacteria)

• 細胞壁組成：
  • 薄肽聚醣層 (Thin peptidoglycan layer)： 肽聚醣層相對較薄，僅占細胞壁乾重的 10-20%，位於細胞膜和外膜之間。
  • 外膜 (Outer membrane)： 這是革蘭氏陰性菌細胞壁最外層的結構，由脂質雙層組成。外層的脂質是脂多醣 (lipopolysaccharide, LPS)，內層是磷脂。
    • 脂多醣 (LPS)： LPS 是革蘭氏陰性菌的特徵性成分，由三部分組成：脂質 A (lipid A，是內毒素的主要成分，負責引起宿主免疫反應)、核心多醣 (core polysaccharide) 和 O 抗原 (O antigen，變異性大，用於菌種鑑定)。

本題考查寄生蟲學中關於宿主類型的一個重要概念：Paratenic host。

核心觀念：
Paratenic host（異位宿主、轉送宿主或無節宿主）是指在寄生蟲的生命週期中，能夠傳播寄生蟲但寄生蟲在其體內不發育、不進行無性或有性繁殖的動物。這些宿主在寄生蟲的地理散播和感染過程中扮演重要角色。

詳解：

1. 何謂 Paratentic host?

Paratenic host，又稱轉送宿主 (transport host) 或無節宿主 (phoretic host)，是指一種動物，牠們在寄生蟲的生命週期中，可以被感染，並且寄生蟲的某些發育階段（如幼蟲）可以在其體內存活，甚至在組織中移行或形成囊蚴 (cyst) 等結構，但寄生蟲在其體內不會進行任何形式的發育（如蛻皮、無性生殖或有性生殖），也不會達到感染終宿主（definitive host）所需的成熟階段。

當一個終宿主（如食肉動物）攝食了含有寄生蟲幼蟲的 paratenic host（如囓齒動物）後，寄生蟲才能完成其生命週期。Paratenic host 的存在，使得寄生蟲得以在缺乏終宿主的情況下，在環境中暫時存活並等待被終宿主攝食。

2. 舉一例並說明其重要性

• 例子： 鉤端螺旋體 ( Toxoplasma gondii ) 的生命週期中的囓齒動物（如老鼠）可以作為 paratenic host。

  • 詳細說明：
    • 貓是 Toxoplasma gondii 的終宿主，寄生蟲在其腸道內完成有性生殖並排出卵囊。
    • 其他動物（如老鼠、鳥類、甚至人類）攝食了含有卵囊的食物或水後，會被感染。
    • 在這些中間宿主（intermediate host）或 paratenic host 體內，寄生蟲會形成組織包子體 (tachyzoites) 和組織囊腫 (tissue cysts)，其中包含的寄生蟲是裂殖子 (bradyzoites)。
    • 然而，在這些非貓的宿主體內，寄生蟲不會進行有性生殖，也不會形成感染貓的腸道的裂殖子。

本題主要考查對細菌溶血現象及其分類的理解，以及對具代表性菌種的認識。血基瓊脂培養基是判斷細菌溶血能力的重要工具。

核心觀念：
細菌的溶血現象是指細菌分泌的溶血素 (hemolysin) 破壞紅血球細胞膜，導致血紅素釋放的現象。在血基瓊脂培養基上，可以根據溶血的範圍和程度將其分為 α、β、γ 三種類型。

詳解：

1. 各溶血型態的特徵和觀察重點

在血基瓊脂培養基上，細菌菌落周圍的紅血球破壞程度會產生不同的視覺效果，這取決於細菌分泌的溶血素種類以及其作用機制。

• α-溶血 (Alpha-hemolysis, α-hemolysis)

  • 特徵： 紅血球被部分破壞，血紅素被氧化成變性血紅素 (methemoglobin)。
  • 觀察重點： 在菌落周圍形成一個綠色或棕褐色的暈圈。這是因為血紅素被氧化，顏色改變，但紅血球並未完全溶解。
  • 觀察方法： 菌落周圍的培養基顏色從紅色變為綠色或棕褐色。

• β-溶血 (Beta-hemolysis, β-hemolysis)

  • 特徵： 紅血球被完全破壞和溶解，血紅素完全釋放。
  • 觀察重點： 在菌落周圍形成一個清晰、透明的暈圈。這是因為所有紅血球都已被溶解，釋放出的血紅素也可能被細菌代謝或擴散，使得該區域變得透明。
  • 觀察方法： 菌落周圍的培養基出現清晰的透明區域。

• γ-溶血 (Gamma-hemolysis, γ-hemolysis)

  • 特徵： 無溶血現象。

本題考查對黴菌（真菌）基本分類和細胞壁結構的認識。黴菌是真核生物，與細菌在細胞結構上有顯著差異。

核心觀念：
黴菌根據其繁殖方式和形態特徵，可以被粗分為幾大類。其細胞壁的成分是區別於植物和細菌的重要特徵。

詳解：

1. 黴菌的粗分

在傳統分類學和實際應用中，黴菌（真菌）通常根據其繁殖方式（有性生殖或無性生殖）和孢子形態，可以粗分為以下幾大類（或稱門/亞門）：

• 卵黴菌門 (Oomycetes)： 雖然在過去常被歸類為真菌，但現代分類學將其歸入藻類的泛菌門 (Stramenopiles)。牠們具有鞭毛，且細胞壁成分與真菌不同。
• 幾丁質黴菌門 (Chytridiomycota)： 這是最原始的真菌類群，其孢子（游動孢子）具有鞭毛。
• 接合黴菌門 (Zygomycota)： 這類真菌的特徵是產生厚壁的接合孢子 (zygospore) 進行有性生殖，無性生殖則產生頂端的孢子囊孢子 (sporangiospores)。常見的例子如麵包上的黴菌。
• 子囊黴菌門 (Ascomycota)： 這是最大的一類真菌，其特徵是通過產生子囊孢子 (ascospores) 進行有性生殖，孢子在一個稱為子囊 (ascus) 的袋狀結構內形成。無性生殖則常產生分生孢子 (conidia)。酵母菌和許多常見的黴菌（如青黴菌、麴菌）都屬於此類。
• 擔子黴菌門 (Basidiomycota)： 這類真菌的特徵是通過產生擔孢子 (basidiospores) 進行有性生殖，孢子形成在一個稱為擔子器 (basidium) 的結構上。例如蘑菇、木耳等大型真菌。

在獸醫學和微生物學的常見考題中，較常被提及和討論的黴菌類群通常是：

• 接合黴菌 (Zygomycetes)： 如 Rhizopus (根黴菌)。

本題考查病毒複製的機制，特別是針對不同類型 RNA 病毒的複製策略。這是一個重要的病毒學概念，涉及遺傳物質的利用和蛋白質的合成途徑。

核心觀念：
病毒的複製策略高度依賴其遺傳物質的類型（DNA 或 RNA，單鏈或雙鏈，正鏈或負鏈）以及其宿主細胞的酶系統。RNA 病毒的複製通常需要依賴病毒自身的 RNA 聚合酶，或利用宿主細胞的機制。

詳解：

1. 單鍊正股 RNA 病毒 (ss(+)RNA virus) 與單鍊負股 RNA 病毒 (ss(-)RNA virus) 的複製異同

• 遺傳物質：

  • ss(+)RNA virus： 基因組 RNA 具有與 mRNA 相似的極性 (polarity)，可以直接被宿主細胞的核糖體識別並翻譯成蛋白質。
  • ss(-)RNA virus： 基因組 RNA 的極性與 mRNA 相反，不能直接被宿主細胞的核糖體翻譯。

• 複製過程的異同：

  • 相同點 (異)：

    • 宿主細胞依賴性： 兩者都需要依賴宿主細胞的核糖體、tRNA、能量和部分輔助因子來完成複製。
    • RNA 複製酶： 兩者都需要病毒編碼的 RNA 依賴性 RNA 聚合酶 (RNA-dependent RNA polymerase, RdRp)，因為宿主細胞本身沒有能複製 RNA 的酶。這個酶在 ss(+)RNA virus 中通常是翻譯後產生的，而在 ss(-)RNA virus 中則作為病毒顆粒的一部分被攜帶。
    • 複製場所： 大部分複製過程通常發生在宿主細胞質中。
    • 翻譯： 兩者最終都需要產生病毒的結構蛋白和酶蛋白。

  • 不同點 (同)：

    • 翻譯起始：
      • ss(+)RNA virus： 基因組 RNA 本身可作為 mRNA，直接在宿主核糖體上進行翻譯，產生 RdRp 和其他病毒蛋白。RdRp 隨後合成負鏈 RNA (complementary RNA, cRNA)，cRNA 再作為模板合成大量的正鏈 RNA 基因組和 mRNA。
      • ss(-)RNA virus： 基因組 RNA 不能直接翻譯。病毒顆粒必須攜帶 RdRp。RdRp 首先以基因組負鏈 RNA 為模板合成互補的正鏈 RNA (cRNA)，這個 cRNA 可以作為 mRNA 被翻譯成病毒蛋白（包括 RdRp）。然後，RdRp 再以 cRNA 為模板合成新的負鏈 RNA 基因組。
    • RNA 複製模板：
      • ss(+)RNA virus： 基因組 RNA → 負鏈 cRNA (mRNA 模板) → 新的(+)RNA 基因組和 mRNA。
      • ss(-)RNA virus： 基因組(-)RNA → 正鏈 cRNA (mRNA) → 病毒蛋白；基因組(-)RNA → 正鏈 cRNA (基因組模板) → 新的(-)RNA 基因組。
    • RdRp 的來源：
      • ss(+)RNA virus： 通常在病毒 RNA 被翻譯後產生。
      • ss(-)RNA virus： 通常作為病毒顆粒的一部分被攜帶進入宿主細胞。

• 舉例：

  • ss(+)RNA virus： 類鼻疽桿菌病毒 (Picornavirus，如 poliovirus)、冠狀病毒 (Coronaviridae)、黃熱病病毒 (Flavivirus)。
  • ss(-)RNA virus： 流感病毒 (Orthomyxoviridae)、狂犬病病毒 (Rhabdoviridae)、麻疹病毒 (Paramyxoviridae)。

2. 雙鍊 RNA 病毒 (dsRNA virus) 與反轉錄病毒 (retrovirus) 的複製異同

• 遺傳物質：

  • dsRNA virus： 基因組為雙鏈 RNA，通常是分節段的（segmental）。
  • Retrovirus： 基因組為單鏈 RNA，但有兩個相同的正鏈 RNA 分子，並攜帶逆轉錄酶 (reverse transcriptase)。

• 複製過程的異同：

  • 相同點 (異)：

    • 需要逆轉錄酶 (Retrovirus)： 反轉錄病毒的複製過程最顯著的特點是需要病毒自身的逆轉錄酶，將其 RNA 基因組逆轉錄成 DNA，然後整合到宿主基因組中。
    • 需要 RdRp (dsRNA virus)： 雙鏈 RNA 病毒需要病毒編碼的 RNA 依賴性 RNA 聚合酶 (RdRp) 來複製其 RNA 基因組。
    • 宿主依賴性： 兩者都需要依賴宿主細胞的核糖體、tRNA、能量等來合成病毒蛋白和組裝病毒顆粒。
    • 複製場所： 大部分複製過程通常發生在宿主細胞質中，但反轉錄病毒的 DNA 整合和轉錄發生在細胞核內。

  • 不同點 (同)：

    • 遺傳物質的轉換：
      • dsRNA virus： 病毒顆粒攜帶 RdRp，以 dsRNA 基因組為模板合成 mRNA，然後再合成新的 dsRNA 基因組。
      • Retrovirus： 病毒顆粒攜帶逆轉錄酶，將 (+)ssRNA 基因組逆轉錄成雙鏈 DNA。