112 年 國立臺灣大學獸醫學系碩士班乙組《微生物學（B）》

此題主要考驗學生對禽流感病毒（Avian Influenza Virus, AIV）病原性（pathogenicity）的理解，特別是其高病原性（highly pathogenic, HP）與低病原性（low pathogenic, LP）差異的分子基礎。

核心觀念： 禽流感病毒的病原性差異主要取決於病毒表面醣蛋白 HA（Hemagglutinin）和 NA（Neuraminidase）的結構，尤其是 HA 蛋白的切割和細胞內轉運機制。

詳解：

禽流感病毒（AIV）屬於正黏液病毒科（Orthomyxoviridae），其病原性差異很大，從無症狀感染到造成高致死率的疾病都有。這種差異主要體現在病毒的 HA（Hemagglutinin）蛋白的結構和功能上。

1. 病原性的定義與表現：

• 低病原性（Low Pathogenicity, LP）禽流感： 通常只引起禽類上呼吸道或輕微的全身性症狀，致死率低。
• 高病原性（Highly Pathogenic, HP）禽流感： 能夠迅速引起禽類全身性敗血症，造成器官損傷、出血，致死率極高，可達 90% 以上。HP 禽流感主要由 A 型流感病毒的 H5 和 H7 亞型引起。

2. 造成高低病原性差異的分子特徵：

差異主要源於 HA 蛋白的切割（cleavage）和細胞內轉運機制，這與 HA 蛋白上的胺基酸序列有關。

• HA 蛋白的切割： HA 蛋白在病毒釋放前，於宿主細胞內由宿主蛋白酶（如 Furin）切割成 HA1 和 HA2 兩個亞基，中間由一個多胜肽鏈連接。這個切割是病毒感染細胞和感染其他細胞的必要步驟。
• 高病原性（HP）病毒的特徵：

此題考驗學生對蟲媒病毒（Arboviruses）的認識，包括其傳播途徑、在動物宿主中的疾病表現，以及具體的病毒種類。

核心觀念： 蟲媒病毒是一大類透過節肢動物（主要是蚊子、蜱等）傳播給脊椎動物（包括人和其他動物）的病毒。在動物身上，這些病毒可引起多種疾病。

詳解：

蟲媒病毒（Arboviruses）是指那些透過節肢動物（如蚊子、蜱、蠓等）叮咬傳播給脊椎動物宿主的病毒。許多蟲媒病毒在動物中引起疾病，這些疾病的嚴重程度和臨床表現因病毒種類、宿主種類以及感染途徑而異。以下舉三例說明：

1. 病毒種類：西尼羅病毒（West Nile Virus, WNV）

• 宿主： 主要宿主是鳥類（特別是鴉科鳥類），蚊子是其主要傳播媒介。人類、馬匹、貓、狗、鹿等哺乳動物也是其宿主。
• 傳播方式： 主要透過庫蚊屬（Culex spp.）的蚊子叮咬感染。蚊子叮咬感染的鳥類後，病毒在蚊子體內複製，再傳播給其他動物（包括鳥類、馬匹、人等）。
• 臨床症狀（在動物身上）：
  • 鳥類： 許多鳥類感染 WNV 後無明顯症狀，但鴉科鳥類（如烏鴉、喜鵲）對 WNV 非常敏感，常出現神經系統症狀（如顫抖、共濟失調、麻痺）並導致高死亡率。
  • 馬匹： 常引起神經系統症狀，包括步態不穩、共濟失調、肌肉顫抖、精神沉鬱、後肢麻痺，嚴重者可導致死亡。
  • 犬貓： 大多數感染無症狀或僅有輕微症狀，少數可能出現神經系統症狀。

2. 病毒種類：藍舌病病毒（Bluetongue Virus, BTV）

• 宿主： 主要感染反芻動物，尤其是綿羊，牛、山羊、鹿等也可能感染。
• 傳播方式： 主要透過蠓（Culicoides spp.）叮咬傳播。

此題考查學生對 RNA 病毒複製過程中，特別是結構基因表達的特殊機制——次基因體 mRNA（subgenomic mRNA）的理解。

核心觀念： 某些 RNA 病毒，特別是正鏈 RNA 病毒（positive-sense RNA viruses）和雙鏈 RNA 病毒（double-stranded RNA viruses），會利用 subgenomic mRNA 來有效率地轉譯結構蛋白。

詳解：

1. Subgenomic mRNA 的定義：
Subgenomic mRNA（次基因體 mRNA）是指由病毒基因組 RNA（通常是正鏈 RNA）在複製過程中，由病毒或宿主細胞的 RNA 聚合酶「從基因組 RNA 上切割或轉錄」出來的較小分子 mRNA。這些 mRNA 相較於完整的基因組 RNA，只包含病毒基因組的一部分基因序列，通常是負責轉譯結構蛋白（structural proteins）的基因。

2. Subgenomic mRNA 在病毒複製過程中的角色：
Subgenomic mRNA 的主要角色是確保病毒結構蛋白的高效率、階段性以及選擇性表達。這對於病毒的生命週期至關重要，尤其是在 RNA 病毒複製中：

• 結構蛋白的有效表達： 許多 RNA 病毒的基因組 RNA 同時也作為 mRNA，直接轉譯出病毒的複製酶（polymerase）等非結構蛋白。然而，結構蛋白（如衣殼蛋白、包膜蛋白）通常位於基因組 RNA 的較後面位置。如果使用單一的基因組 RNA 來同時轉譯所有蛋白質，可能會因為轉譯起始效率、終止位點的干擾等因素，導致結構蛋白的表達量不足或不精確。Subgenomic mRNA 則提供了一個獨立的轉錄單位，其 5' 端有適當的轉譯起始信號，能更有效率地轉譯出結構蛋白。
• 表達的調控： 病毒可以通過產生多個不同大小的 subgenomic mRNA，來調控不同結構蛋白的表達水平。

此題考查學生對第一型干擾素（Type I Interferons, IFN-I）誘導和抗病毒作用機制的理解，這是先天免疫系統對病毒感染的重要應答。

核心觀念： IFN-I 的生成是細胞識別病毒核酸後，通過特定的傳訊路徑（signaling pathways）誘導產生，並通過結合細胞表面的受體來發揮抗病毒作用。

詳解：

第一型干擾素（IFN-I）是免疫系統的一類重要細胞因子，在抗病毒免疫中扮演著關鍵角色。它們的生成和作用機制涉及細胞對病毒感染的識別以及隨後的信號傳導。

1. 第一型干擾素（IFN-I）的生成（誘導）：

IFN-I 的生成是一個複雜的過程，主要由被病毒感染的細胞（包括上皮細胞、纖維母細胞、樹突狀細胞、巨噬細胞等）啟動，其誘導過程通常涉及以下幾個關鍵步驟：

• 病毒遺傳物質的識別： 細胞內的模式識別受體（Pattern Recognition Receptors, PRRs）負責識別病毒的病原相關分子模式（Pathogen-Associated Molecular Patterns, PAMPs）。對於病毒感染，最關鍵的 PAMPs 是病毒的核酸，包括：
  • 單鏈 RNA (ssRNA)
  • 雙鏈 RNA (dsRNA)
  • 病毒基因組 DNA（在細胞質中）
  • 病毒 RNA/DNA 的 5' 端三磷酸鹽（triphosphate）
  • 這些病毒核酸被細胞質內的 PRRs 識別，例如：
    • Toll-like receptor 3 (TLR3)： 識別細胞質中的 dsRNA。
    • Toll-like receptor 7 (TLR7) 和 TLR8： 識別細胞質中的 ssRNA（ TLR7 在人類細胞中主要存在於內體，TLR8 則在內體和細胞質中）。
    • RIG-I-like receptors (RLRs)，包括 RIG-I 和 MDA5： 識別細胞質中的 dsRNA、ssRNA 或其他異常核酸結構。
• 信號傳導通路（Signaling Pathways）： 一旦 PRRs 識別到病毒核酸，就會啟動下游的信號傳導通路。這些通路通常會激活轉錄因子：
  • IRF3（Interferon regulatory factor 3）： 這是 IFN-I 生成的核心轉錄因子。病毒核酸通過 TLRs 或 RLRs 激活下游的接頭蛋白（如 MyD88, TRIF, IPS-1/MAVS），最終導致 IRF3 的磷酸化和二聚化。
  • NF-κB（Nuclear Factor kappa-light-chain-enhancer of activated B cells）： 通常也由 TLRs 或 RLRs 激活，參與調控 IFN-I 基因的表達。
  • AP-1（Activator protein 1）： 也可能參與調控。
• IFN-I 基因的轉錄與產生： 活化的 IRF3 和 NF-κB 等轉錄因子會進入細胞核，結合到 IFN-I 基因（如 IFN-α, IFN-β, IFN-ω 等）的啟動子區域，啟動這些基因的轉錄。
  • IFN-β（Beta Interferon） 通常是最先被誘導產生的 IFN-I 類型，其生成對病毒感染的應答至關重要。

此題考查學生對格蘭氏陰性菌細胞壁結構，特別是脂多醣體（LPS）組成部分的知識。

核心觀念： LPS 是格蘭氏陰性菌外膜的重要成分，其結構具有三個主要部分，分別具有不同的化學組成和生物學功能。

詳解：

脂多醣體（Lipopolysaccharide, LPS）是格蘭氏陰性細菌外膜（outer membrane）的主要成分，也是一種強效的內毒素（endotoxin）。LPS 的結構非常獨特，主要由三個緊密連接的組成分組成，從外側到內側分別為：

1. O 抗原 (O antigen) 或 O 多醣鏈 (O polysaccharide chain)：

   • 這是 LPS 的最外側部分，由重複的單醣單位組成，可變性非常大。
   • 不同的細菌菌株，其 O 抗原的結構（單醣種類、連接方式、重複單元數）差異很大。
   • O 抗原決定了 LPS 的血清型（serotype），並且是細菌外膜的表面抗原，能夠誘導宿主產生特異性的抗體反應。

2. 核心寡醣 (Core oligosaccharide)：

   • 位於 O 抗原的下方，連接 O 抗原和脂質 A。
   • 核心寡醣的結構相對保守，但不同細菌種類之間仍有差異。

此題考查學生對細菌莢膜（capsule）結構及其在細菌生存和致病中的多種功能的理解。

核心觀念： 細菌莢膜是一種位於細胞壁外圍的黏液層，主要由多醣組成，具有多方面的保護和附著功能。

詳解：

細菌莢膜（Capsule）是位於細菌細胞壁外側的一層黏滑的、通常由多醣組成的結構。並非所有細菌都有莢膜，但對於擁有莢膜的細菌而言，它在細菌的生存、傳播和致病過程中扮演著多種重要功能：

1. 抗吞噬作用（Antiphagocytosis）：

   • 莢膜可以阻礙吞噬細胞（如巨噬細胞、中性粒細胞）識別和吞噬細菌。光滑的、親水的莢膜表面不易被吞噬細胞的受體識別，也抑制了補體系統中 C3b 的結合，而 C3b 是吞噬作用的關鍵調理素（opsonin）。這大大提高了細菌在宿主體內的存活率，是重要的毒力因子（virulence factor）。例如，肺炎鏈球菌（Streptococcus pneumoniae）的莢膜是其致病性的關鍵。

2. 附著與生物膜形成（Adhesion and Biofilm Formation）：

   • 莢膜中的多醣結構有助於細菌附著到宿主組織表面或無生命的物體上。
   • 莢膜也是形成生物膜（biofilm）的重要組成部分。

此題考查學生對細菌在液體培養基中生長曲線（growth curve）的理解，特別是其不同生長階段的特徵。

核心觀念： 細菌在理想條件下生長會經歷幾個階段：遲滯期、對數期、穩定期和衰亡期。將 CFU 的對數值對時間作圖，可以清晰地描繪出這些階段。

詳解：

細菌在液體培養基中進行培養時，其族群生長會呈現一個典型的生長曲線，該曲線可以分為四個主要時期。將時間（小時）作為 X 軸，細菌菌落形成單位（CFU）的對數（log CFU）作為 Y 軸繪製的生長曲線，可以清晰地展示這些時期及其意義。

生長曲線的四個時期：

1. 遲滯期（Lag Phase）：

   • 特徵： 在接種細菌到新培養基後，最初的一段時間內，細菌的總數幾乎不增加，甚至可能略有下降。Y 軸上的 log CFU 值相對穩定或略有下降。
   • 意義： 在此時期，細菌正在適應新的培養環境。它們需要合成必要的酶、核酸和蛋白質，以啟動細胞分裂和生長。細胞大小可能增加，但細胞數目沒有顯著變化。

2. 對數期（Logarithmic Phase / Exponential Phase）：

   • 特徵： 細菌開始快速分裂，細胞數目呈指數級增長。在 log CFU 對時間的圖上，表現為一條陡峭的上升直線。
   • 意義： 這是細菌生長最活躍的時期。在此期間，細胞處於最佳狀態，培養基中的營養物質充足，代謝廢物濃度低。此時的生長速率恆定，可以通過計算在此階段的倍增時間（doubling time）來評估細菌的生長潛力。

此題考查學生對微生物學史上極為重要的「柯霍氏準則」（Koch's postulates）的理解，這是判斷某種微生物是否為特定疾病病因的標準。

核心觀念： 柯霍氏準則是一套系統性的標準，用於確定一種特定的微生物是否能夠引起一種特定的疾病。

詳解：

「柯霍氏準則」（Koch's Postulates）是由德國細菌學家羅伯特·柯霍（Robert Koch）及其同事於 19 世紀末提出的，旨在為確定一種特定微生物是否為某種疾病的病因提供科學依據。這套準則在微生物學和傳染病學的發展中具有里程碑式的意義。

柯霍氏準則的四個基本要點如下：

1. 在所有患有該疾病的個體中，都必須存在該特定的微生物，並且在健康的個體中不存在或極少存在。

   • 意義： 這是病原體與疾病之間關聯性的基本要求，表明該微生物與疾病的發生有必然的聯繫。

2. 必須能夠從患病個體中分離出這種微生物，並將其培養成純粹的培養物（pure culture）。

   • 意義： 這要求科學家能夠獨立地獲得和研究這種微生物，排除其他共存微生物的干擾，證明該微生物可以被獨立分離。

3. 將這種純培養的微生物接種到健康的、易感的宿主（動物模型）中時，必須能夠引起與原疾病相同的症狀和病理變化。

   • 意義： 這是直接證明該微生物具有致病性的關鍵步驟，即證明該微生物是引起疾病的原因，而非僅僅是伴隨現象。

此題為配對題，考驗學生對常見細菌性疾病及其病原體的掌握程度。需要將每一種疾病與其對應的病原細菌進行準確配對。

核心觀念： 認識臨床上或學術上常見的細菌性疾病及其病原體。

詳解：

以下將逐一配對疾病與其病原：

1. Weil's disease（惡性黃疸病）：

   • 此病是由鉤端螺旋體（Leptospira spp.）引起。
   • 對應病原：B. Leptospira spp.

2. Scarlet fever（猩紅熱）：

   • 此病是由化膿性鏈球菌（Streptococcus pyogenes）引起，通常是鏈球菌咽喉感染後產生的毒素引發的。
   • 對應病原：C. Streptococcus pyogenes

3. Bubonic plague（鼠疫）：

   • 此病是由鼠疫耶爾森氏菌（Yersinia pestis）引起。
   • 對應病原：A. Yersinia pestis

4. Whooping cough（百日咳）：

   • 此病是由百日咳博德氏菌（Bordetella pertussis）引起。
   • 對應病原：E. Bordetella pertussis

5. Johne's disease（約翰氏病/進行性腸炎）：

   • 此病是一種慢性腸道疾病，主要影響反芻動物，由禽結核分枝桿菌副結核亞種（Mycobacterium avium subsp. paratuberculosis）引起。
   • 對應病原：F. Mycobacterium avium subsp. paratuberculosis

此題考查學生對查加斯氏症（Chagas's disease）的全面理解，包括其病原體、傳播媒介、生活史、流行病學以及對人類健康的影響。

核心觀念： 查加斯氏症是一種由錐蟲（Trypanosoma cruzi）引起的寄生蟲病，通過「親吻蟲」（kissing bug）傳播，在急性期和慢性期對人類健康有顯著影響。

詳解：

查加斯氏症（Chagas's disease），又稱美洲錐蟲病，是一種由原生動物寄生蟲 Trypanosoma cruzi 引起的嚴重疾病，主要流行於拉丁美洲。

1. 病原體：

• 名稱： Trypanosoma cruzi (克氏錐蟲)
• 類型： 鞭毛蟲（Flagellate protozoan），屬於原生動物。
• 形態： 在不同宿主和生命週期階段有不同的形態，包括：
  • 異鞭毛體（Trypomastigote）： 在血液和肌肉細胞中發現，具有鞭毛和波動膜，是感染循環階段。
  • 前鞭毛體（Promastigote）： 在昆蟲腸道中發現，鞭毛較長。
  • 球狀體（Amastigote）： 在宿主細胞內（如肌肉細胞）發現，無鞭毛，呈球狀，是細胞內複製階段。

2. 生活史與傳播方式：

• 傳播媒介： 主要透過一種稱為「親吻蟲」（kissing bug）或「獵蝽」（triatomine bug）的刺吸式口器昆蟲傳播。這些昆蟲通常在夜間叮咬人或動物，吸血時排出帶有 T. cruzi 異鞭毛體的糞便。
• 感染過程：
  1. 感染： 當親吻蟲叮咬人後，在吸血處排便。人類在抓撓叮咬處時，將糞便中的異鞭毛體帶入傷口或黏膜（如眼睛、嘴巴），從而進入人體。
  2. 細胞內感染與複製： 進入人體的異鞭毛體會侵入附近的細胞（主要是肌肉細胞，包括心肌、平滑肌和神經細胞，以及巨噬細胞），並轉變為球狀體。在細胞內，球狀體通過二分裂進行無性繁殖，數量增多。
  3. 擴散： 增殖後，球狀體重新轉變為異鞭毛體，破壞宿主細胞，進入血液循環，並感染新的細胞。
  4. 被傳播： 如果親吻蟲在叮咬感染者後再次吸血，就會吸入血液中的異鞭毛體，從而完成病毒在昆蟲體內的生命週期，並能夠將病毒傳播給下一個宿主。

此題考查學生對馬原蟲性腦脊髓炎（Equine Protozoal Myeloencephalitis, EPM）的理解，這是一種影響馬匹神經系統的嚴重寄生蟲病，需要掌握其病原體、傳播和致病機制。

核心觀念： EPM 是一種由馬原蟲（Sarcocystis neurona）引起，通過負鼠（opossum）糞便污染飼料或水源而傳播給馬匹的寄生蟲腦脊髓炎。

詳解：

馬原蟲性腦脊髓炎（Equine Protozoal Myeloencephalitis, EPM）是影響馬匹中樞神經系統的一種嚴重疾病，主要由馬原蟲（Sarcocystis neurona）引起。

1. 病原體：

• 名稱： Sarcocystis neurona (馬原蟲)
• 類型： 頂複門（Apicomplexa）的單細胞寄生蟲。
• 生命週期： S. neurona 的生命週期較為複雜，涉及兩種宿主：
  • 最終宿主（Definitive Host）： 負鼠（Didelphis virginiana 和 Didelphis albiventris）。負鼠攝入含有馬原蟲組織囊體的宿主（如浣熊、負鼠、貓、犰狳等）的組織後，在腸道內寄生蟲會發育為配子體（gametocytes），然後形成配子（gametes），配子結合形成合子（zygote），合子發育成卵囊（oocyst）。卵囊隨負鼠糞便排出體外。
  • 中間宿主（Intermediate Host）： 包括各種哺乳動物，如馬匹、浣熊、負鼠、貓、狗、犰狳等。當中間宿主攝入含有卵囊的污染物質後，卵囊在腸道內釋放出子孢子（sporozoites）。子孢子穿過腸壁進入血液循環，並遷移到各種組織（如大腦、脊髓、肝臟、腎臟等），在那裡發育成無性生殖的裂殖子（merozoites）和組織囊體（sarcocysts）。

2. 生活史與傳播方式：

• 傳播給馬匹： 馬匹是 EPM 的中間宿主，但其感染途徑與典型的中間宿主略有不同。馬匹通常是通過攝入被負鼠糞便污染的飼料、水源或草料而感染。馬匹攝入的卵囊在腸道內釋放出子孢子，子孢子穿過腸壁進入血液，然後遷移到中樞神經系統（大腦和脊髓）。
• 致病機制： 在馬匹的中樞神經系統中，子孢子發育成裂殖子，引起神經組織的炎症和損傷，形成病灶。

此題考查學生對犬瓜實條蟲（Dipylidium caninum）的認識，這是一種常見的犬貓絛蟲，需要掌握其生活史和對宿主動物的影響。

核心觀念： 犬瓜實條蟲是一種絛蟲，其生活史需要一個中間宿主（跳蚤或蝨子）來完成，並通過攝食受感染的跳蚤而傳播給犬貓。

詳解：

犬瓜實條蟲（Dipylidium caninum），也稱為瓜實絛蟲或雙脅條蟲，是犬、貓等犬科動物中最常見的一種絛蟲。它偶爾也會感染兒童，但這通常與家庭寵物接觸有關。

1. 生活史：

犬瓜實條蟲的生活史比較特殊，需要一個中間宿主才能完成。

• 終端宿主（Definitive Host）： 犬、貓、狐狸，偶爾也包括人類。
• 中間宿主（Intermediate Host）： 跳蚤（Ctenocephalides felis 和 Ctenocephalides canis）是主要的中間宿主，蝨子（如犬蝨 Trichodectes canis）也可作為中間宿主。
• 生活史過程：
  1. 蟲卵排出： 成熟的犬瓜實條蟲絛蟲節片（proglottids）會從終端宿主的肛門排出，或主動爬出。這些節片看起來像米粒或瓜子仁，在乾燥時會收縮並釋放出含有數十個蟲卵的蟲卵囊。
  2. 中間宿主感染： 跳蚤（或其他中間宿主）的幼蟲（larvae）在攝食這些含有蟲卵的節片或蟲卵囊時，會將蟲卵攝入。
  3. 幼蟲發育： 在跳蚤的消化道內，蟲卵孵化出六鉤蚴（oncosphere），然後發育成幼絛蟲（cysticercoid）階段。這個幼絛蟲階段就存在於跳蚤的體腔內。
  4. 終端宿主感染： 當犬、貓等終端宿主在梳理毛髮時，意外吞食了含有幼絛蟲的跳蚤後，幼絛蟲就會在宿主的腸道內發育。