114 年 國立臺灣大學獸醫學系碩士班乙組《微生物學（B）》

本題主要在探討金黃色葡萄球菌 (Staphylococcus aureus) 的重要毒力因子及其致病機轉。考生需從列出的五個毒力因子中，挑選兩個進行詳細解釋。

解題思路：

1. 核心觀念: 認識 Staphylococcus aureus 的主要毒力因子及其在疾病發生中的作用。
2. 題目要求: 挑選兩個毒力因子，說明其名稱、作用機制，以及如何導致疾病。
3. 常見毒力因子介紹:
   • Coagulase (凝固酶):
     • 作用: 這是 S. aureus 的一個標誌性毒力因子，能將血漿中的纖維蛋白原 (fibrinogen) 轉化為纖維蛋白 (fibrin)。
     • 致病機轉: 形成纖維蛋白外殼，保護細菌免受宿主免疫系統（如吞噬細胞）的攻擊，有助於細菌在局部組織中定殖和增殖。
     • 疾病關聯: 與皮膚感染（如膿瘡）、敗血症等有關。
   • Protein A (A蛋白):
     • 作用: 位於細菌細胞壁，能與免疫球蛋白 G (IgG) 的 Fc 段結合。
     • 致病機轉: 結合 IgG 的 Fc 段會阻礙抗體介導的吞噬作用和補體活化，使細菌逃避免疫系統的清除。此外，它還能抑制 B 細胞的增殖和 T 細胞的活化。
     • 疾病關聯: 促進細菌的定殖和持續感染。
   • Exfoliative toxin (脫屑毒素):
     • 作用: 屬於絲胺酸蛋白酶 (serine protease)，能夠切割表皮細胞間的橋粒蛋白 (desmosomal cadherin)，主要是破壞表皮細胞間的連接。
     • 致病機轉: 導致表皮細胞層分離，引起皮膚剝落。
     • 疾病關聯: 引起嬰幼兒常有的「燙傷樣皮膚症候群」(staphylococcal scalded skin syndrome, SSSS)。
   • $\alpha$-toxin (α-毒素):

本題主要在探討腸內菌科細菌（以大腸桿菌為例）的血清型分型所使用的抗原。考生需要解釋 O 抗原、H 抗原和 K 抗原的來源、化學本質及其在血清型分型中的意義。

核心觀念：
細菌的表面抗原是區分不同菌株、進行血清型分型 (serotyping) 的重要依據。腸內菌科細菌，特別是大腸桿菌，常用 O、H、K 抗原進行分型。

解題思路：

1. O 抗原 (O antigen):

   • 來源: 位於細菌細胞壁外膜 (outer membrane) 的脂多醣 (lipopolysaccharide, LPS) 的多醣鏈部分。
   • 化學本質: 是 LPS 的 O-側鏈 (O-side chain)，由重複的單醣單位組成。
   • 意義: O 抗原是 LPS 的一個主要抗原決定基 (epitope)，具有高度的變異性，不同菌株的 O 抗原結構差異很大。它是 LPS 的一部分，因此也稱為體抗原 (somatic antigen)。
   • 在血清型分型中的作用: 不同的 O 抗原被定義為不同的 O 型別（如 O1, O2, O157 等）。是區分腸內菌科細菌血清型別的重要標誌。

2. H 抗原 (H antigen):

   • 來源: 位於細菌鞭毛 (flagella) 的蛋白質亞基 (flagellin)。
   • 化學本質: 主要由鞭毛蛋白 (flagellin) 組成。
   • 意義: 鞭毛是細菌運動的結構，其蛋白質結構具有抗原性，不同菌株的鞭毛蛋白結構也存在差異。
   • 在血清型分型中的作用: 不同的 H 抗原被定義為不同的 H 型別。例如，大腸桿菌的 O157:H7 中的 H7 就是指其鞭毛抗原的型別。

本題主要在探討細菌莢膜 (capsule) 的功能。考生需要列舉並說明莢膜在細菌生存和致病過程中扮演的角色。

核心觀念：
莢膜是某些細菌細胞壁外的一層疏鬆、黏稠的鞘狀結構，主要由多醣組成（少數為蛋白質），與細胞壁緊密相連。它在細菌的生存和致病過程中具有多種重要功能。

解題思路：
莢膜的主要功能可歸納為以下幾點：

1. 保護作用 (Protection):

   • 抵抗吞噬作用 (Resistance to phagocytosis): 莢膜的表面光滑，缺乏明顯的抗原決定基，且其多醣性質可以阻礙吞噬細胞（如巨噬細胞、嗜中性球）的識別和吞噬，是許多具莢膜細菌（如肺炎鏈球菌、腦膜炎奈瑟氏菌）的重要致病機制。
   • 防止脫水 (Prevention of desiccation): 莢膜具有親水性，能夠結合水分，幫助細菌在乾燥的環境中維持水分，防止脫水死亡。
   • 抵抗抗生素和消毒劑 (Resistance to antibiotics and disinfectants): 莢膜可以作為一道屏障，減緩抗生素或消毒劑進入細胞的速率，增加細菌對這些化學物質的抵抗力。
   • 抵抗病毒感染 (Resistance to bacteriophages): 某些莢膜可以作為噬菌體的受體，但有些莢膜結構也能阻止噬菌體附著和感染。

2. 附著作用 (Adhesion):

   • 黏附於宿主組織 (Adherence to host tissues): 莢膜可以幫助細菌黏附到宿主細胞表面或組織上，促進定殖。例如，某些肺炎鏈球菌的莢膜有助於其黏附於呼吸道上皮細胞。

本題主要在探討細菌抗藥性基因的水平轉移 (horizontal gene transfer, HGT) 途徑。考生需要說明細菌如何將抗藥性基因從一個細菌傳遞到另一個細菌，而不是透過垂直遺傳（親代傳子代）。

核心觀念：
抗生素抗藥性 (AMR) 的快速發展，很大程度上歸因於抗藥性基因能在細菌群落中透過水平轉移 (HGT) 快速傳播。HGT 包含三種主要的機制：接合 (conjugation)、轉化 (transformation) 和轉導 (transduction)。

解題思路：
請分別說明這三種主要的水平轉移機制：

1. 接合 (Conjugation):

   • 機制: 這是細菌之間最常見的基因轉移方式之一，通常發生在具有接合質體 (conjugative plasmid) 的細菌之間。質體是一種小型的、環狀的 DNA 分子，獨立於染色體 DNA 之外。
   • 過程: 含有接合質體的細菌（供體菌, donor cell）會產生一種稱為性菌毛 (sex pilus) 的結構，連接到接受質體的細菌（受體菌, recipient cell）。然後，供體菌會複製其質體，並將其中一條 DNA 鏈通過性菌毛轉移到受體菌中。受體菌隨後會合成互補鏈，使其也擁有完整的質體。
   • 抗藥性基因的傳遞: 許多抗藥性基因就位於接合質體上，因此透過接合作用，這些抗藥性質體可以從一個細菌快速傳播到另一個細菌，包括不同物種的細菌。

2. 轉化 (Transformation):

   • 機制: 細菌從環境中直接吸收游離的 DNA 片段。這些 DNA 片段可能來自於死亡並裂解的細菌。
   • 過程: 當細菌死亡時，其細胞壁和細胞膜破裂，釋放出細胞內的 DNA。如果環境中有具有「感受態」(competent) 的細菌，它可以透過細胞膜上的特定通道吸收這些外源 DNA 片段。如果吸收的 DNA 片段與受體菌的染色體同源，則可能透過重組 (recombination) 整合到受體菌的基因組中。
   • 抗藥性基因的傳遞: 如果死亡的細菌含有攜帶抗藥性基因的 DNA 片段（可能是質體片段或染色體片段），感受態細菌吸收後，這些抗藥性基因就有可能整合到受體菌的基因組中，使其獲得抗藥性。

本題主要在探討細菌生物膜 (biofilm) 的概念。考生需要說明生物膜的定義、結構、形成過程，以及其重要性。

核心觀念：
生物膜是細菌在固體表面形成的一種結構化的群落，被一層由細菌自身分泌的多醣、蛋白質、核酸等組成的胞外多醣基質 (extracellular polymeric substances, EPS) 包覆。生物膜中的細菌與獨立游離的細菌 (planktonic bacteria) 在生理和行為上存在顯著差異。

解題思路：
說明生物膜的關鍵要素：

1. 定義與特性:

   • 生物膜並非隨機堆積的細菌團塊，而是有組織的、結構化的微生物群落。
   • 細菌在生物膜中表現出與游離狀態不同的特性，例如對抗生素、消毒劑和宿主免疫系統的抵抗力顯著增強。
   • 生物膜可以形成在各種表面，包括生物組織（如牙齒、心臟瓣膜、導管）和非生物材料（如醫療植入物、水管）。

2. 形成過程 (Biofilm formation): 生物膜的形成是一個複雜的多階段過程，通常包括：

   • 附著 (Attachment): 游離的細菌首先被動地或主動地黏附到表面。
   • 不可逆附著與初級定殖 (Irreversible attachment and microcolony formation): 黏附的細菌開始增殖，形成微菌落，並分泌 EPS 基質。
   • 成熟 (Maturation): 微菌落逐漸擴大，EPS 基質分泌增加，形成三維結構，其中包含複雜的通道系統，用於營養物質的運輸和廢物的排出。細菌在成熟的生物膜中表現出不同的生理狀態（如生長緩慢）。
   • 分散 (Detachment/Dispersal): 部分細菌或細菌團塊從成熟的生物膜表面脫落，進入游離狀態，尋找新的表面進行定殖。

3. 結構:

   • EPS 基質: 是生物膜的核心，主要由多醣組成，但也包含蛋白質、核酸 (eDNA) 和脂質。EPS 提供結構支撐，並具有吸附水分、捕獲營養物質、保護細菌等功能。

本題主要在探討病毒的結構蛋白質 (structural proteins)。考生需要定義結構蛋白質，並闡述它們在病毒感染和複製週期中的具體作用。

核心觀念：
病毒結構蛋白質是構成成熟病毒顆粒 (virion) 的主要蛋白質成分，它們在病毒的組裝、感染過程以及保護病毒遺傳物質方面扮演關鍵角色。

解題思路：

1. 定義:

   • 病毒結構蛋白質是指構成成熟病毒顆粒的蛋白質。這些蛋白質是病毒基因組（DNA 或 RNA）在宿主細胞內翻譯合成的產物。
   • 它們與病毒的遺傳物質（核酸）一起，組成了病毒的核心部分。

2. 在病毒感染與複製過程中的角色與功能:
   結構蛋白質的功能可以從病毒感染週期的不同階段來理解：

   • 感染初期 (Entry):

     • 病毒表面蛋白質 (Surface proteins): 這些蛋白質（如病毒衣殼蛋白，或包膜病毒的包膜糖蛋白）負責識別並結合宿主細胞表面的特異性受體。這是病毒感染的第一步，決定了病毒的宿主範圍和組織親和性。
     • 融合或內吞 (Fusion or Endocytosis): 病毒表面蛋白質還參與介導病毒進入宿主細胞的過程，例如，包膜病毒表面的融合蛋白 (fusion protein) 能夠促使病毒包膜與宿主細胞膜融合，將病毒核心釋放到細胞質中；或者，病毒被宿主細胞內吞後，某些結構蛋白協助病毒從內吞泡中逃逸出來。

   • 病毒複製與組裝 (Replication and Assembly):

     • 病毒衣殼蛋白 (Capsid proteins): 這些蛋白質會自行組裝成保護病毒遺傳物質的衣殼 (capsid)。衣殼具有高度對稱性（如二十面體對稱或螺旋對稱），能夠穩定地包裹並保護病毒的核酸免受環境破壞（如核酸酶的降解）。
     • 病毒包膜 (Viral envelope) (僅限有包膜病毒): 包膜由宿主細胞膜衍生而來，其中嵌入了病毒編碼的結構性糖蛋白。這些包膜蛋白在病毒出芽 (budding) 過程中發揮作用，並參與病毒釋放。

本題主要在探討預防病毒感染最有效的方式，及其分類與作用機制。這顯然是指疫苗接種。

核心觀念：
預防病毒感染最有效、最廣泛應用且具有公共衛生意義的方式是疫苗接種。疫苗透過誘導宿主的免疫系統產生對特定病毒的免疫力，從而在實際感染發生時能快速有效地清除病毒。

解題思路：

1. 最有效的方式:

   • 疫苗接種 (Vaccination)。

2. 疫苗的幾大類型:
   疫苗的分類方式有多種，常見的分類是根據疫苗所含的抗原形式或作用機制來區分。以下列出幾種主要的疫苗類型：

   • 減毒活疫苗 (Live-attenuated vaccines):
     • 內容: 使用經過基因工程改造或長期培養而減弱毒力的活病毒。
     • 機制: 這些減毒病毒能在人體內少量複製，但不會引起嚴重疾病，卻能有效刺激宿主的細胞免疫 (cell-mediated immunity) 和體液免疫 (humoral immunity)，產生長效的保護力。通常只需接種一至兩劑即可提供長期的免疫。
     • 範例: 麻疹、腮腺炎、德國麻疹 (MMR)、水痘、口服小兒麻痺疫苗 (OPV)、黃熱病疫苗。
   • 不活化疫苗 (Inactivated/Killed vaccines):
     • 內容: 使用已死的病毒（整隻病毒被化學藥劑、熱或輻射處理）。
     • 機制: 死的病毒無法在人體內複製，因此主要刺激宿主的體液免疫反應（產生抗體）。由於缺乏細胞免疫的刺激，通常需要多次接種（基礎接種和加強劑）才能達到足夠且持久的保護力。
     • 範例: 滅活流感疫苗、小兒麻痺疫苗 (IPV)、A 型肝炎疫苗、狂犬病疫苗。
   • 次單元疫苗 (Subunit vaccines):
     • 內容: 只使用病毒的特定部分，例如病毒表面抗原（如糖蛋白）或特定的蛋白質片段，而不是整隻病毒。
     • 機制: 透過提供病毒的關鍵抗原，刺激宿主的免疫系統產生針對這些抗原的抗體，從而預防感染。由於只包含病毒的部分成分，因此安全性高，極少引起疾病。
     • 範例: B 型肝炎疫苗 (HBsAg)、C 型肝炎疫苗（研究中）、人類乳突病毒 (HPV) 疫苗。
   • 類病毒顆粒疫苗 (Virus-like particle, VLP vaccines):
     • 內容: 這些疫苗包含病毒結構蛋白質，這些蛋白質在體外自行組裝成類似病毒顆粒的結構，但不含病毒的遺傳物質，因此沒有感染性。
     • 機制: VLP 在結構上與天然病毒非常相似，能有效刺激宿主的免疫系統，產生強烈的體液免疫反應，提供保護。
     • 範例: 人類乳突病毒 (HPV) 疫苗（部分）、B 型肝炎疫苗（部分）。
   • 核酸疫苗 (Nucleic acid vaccines):
     • 內容: 包括 DNA 疫苗和 mRNA 疫苗。這些疫苗包含編碼病毒抗原的 DNA 或 mRNA 分子。

本題主要在探討如何利用病毒作為工具，加速醫藥生技的發展。考生需要舉出兩個具體的例子，並說明其在醫藥生技領域的應用。

核心觀念：
病毒由於其獨特的感染機制、精確的基因遞送能力以及在自然界中的多樣性，已被廣泛應用於醫藥生技領域，作為基因治療的載體、疫苗的開發平台，或用於生產生物製劑等。

解題思路：
以下提供兩個常見且重要的應用範例：

1. 基因治療 (Gene Therapy) 的病毒載體 (Viral Vectors):

   • 說明: 基因治療的目標是透過遞送外源基因來治療或預防疾病，特別是遺傳性疾病。病毒因其能夠高效且特異性地將遺傳物質注入宿主細胞的能力，成為基因治療中最常用的載體系統。
   • 病毒載體的選擇與改造: 科學家們會選擇或改造特定的病毒，使其失去致病性，但保留其感染細胞和遞送遺傳物質的能力。常見的病毒載體包括：
     • 腺相關病毒 (Adeno-associated virus, AAV): 具有低免疫原性、低致病性、能夠感染分裂和非分裂細胞的特點，常用於治療遺傳性疾病，如脊髓性肌萎縮症 (SMA) 的治療藥物 Zolgensma 就是基於 AAV 載體。
     • 腺病毒 (Adenovirus): 感染效率高，可感染分裂和非分裂細胞，但免疫原性較強。
     • 慢病毒 (Lentivirus): 屬於反轉錄病毒，能夠感染非分裂細胞，並將基因整合到宿主細胞的染色體中，提供長期的基因表達。常用於治療免疫缺陷疾病（如 SCID）或癌症。
   • 加速醫藥生技發展的體現: 病毒載體技術的發展，使得過去難以治療的遺傳性疾病和癌症有了新的治療希望，大大推動了基因治療領域的發展，加速了新藥的研發和臨床應用。

2. 病毒作為疫苗開發的平台 (Viral Platforms for Vaccine Development):

   • 說明: 病毒在自然界中誘導強烈的免疫反應，科學家們利用這一點，將病毒開發成疫苗的載體或模板，以開發高效的疫苗。
   • 應用方式:

核心觀念
本題檢驗學生對犬心絲蟲（Dirofilaria immitis）之臨床診斷流程、藥物治療策略以及飼主健康教育的整合能力，要求能從症狀判斷、實驗室檢測、治療藥物選擇與用藥時程，並說明預防與生活管理要點。

(a) 診斷方法與計畫

1. 臨床症狀評估

   • 觀察犬隻是否出現咳嗽、呼吸急促、運動不耐、胸部陰影、心衰徵象等，這些是心絲蟲成蟲或幼蟲阻塞肺動脈、右心室所致。
   • 記錄病史：居住或活動於蚊子密集區（溫暖潮濕環境），以及是否曾接受過預防藥物。

2. 血清抗原檢測（ELISA）

   • 目的：檢測雌蟲分泌的特異抗原，對成蟲感染的敏感度≈95%，特異度≈100%。
   • 取自犬血清，使用市售「Heartworm Antigen Test」試紙或ELISA套件。若檢測呈陽性，則確診。

3. 微絲蟲微絲檢驗（微絲測定）

   • 目的：確認有無成熟的雌雄微絲蟲（microfilariae）在外周血。
   • 方法：濾紙法或濃縮離心法，採集晚間（血液微絲濃度較高）或睡眠前血樣；在顯微鏡下觀察長約300 µm、呈螺旋形的微絲蟲。
   • 若血清抗原陰性但微絲陽性，需排除其他螺旋體（如犬蜱傳播的Dirofilaria repens）或使用PCR確認。

4. 影像學檢查

   • 胸部X光：觀察肺動脈擴張、肺野紋理增粗、肺門血管擴張或肺部浸潤。
   • 心臟超音波（ECHO）：評估右心室肥厚、肺動脈壓力升高與血栓形成。

5. 診斷流程圖

【答案】
診斷方法包括：臨床症狀評估、血清抗原ELISA、微絲檢測（濾紙法或濃縮離心法）並必要時以PCR確定，輔以胸部X光與心臟超音波檢查；依檢測結果分層制定診斷計畫。

(b) 治療計畫

1. 殺蟲前的風險評估

   • 依心肺受損程度分為4級（American Heartworm Society, AHS）
     • Ⅰ‑Ⅱ級（無明顯心衰）：可直接使用殺蟲藥。
     • Ⅲ‑Ⅳ級（有心衰或肺動脈血栓）：先控制心衰，再逐步殺蟲。

2. 心衰與炎症控制

   • 利尿劑（如呋塞米）＋ACEI（如依那普利）或ARB（如氨氯地平）降低右心負荷。
   • 抗炎藥（非類固醇抗炎藥如卡洛芬）減輕肺部炎症。
   • 氧氣支持（必要時）與限制運動。

3. 蟲體殺滅藥物

   • 二甲胍（Melarsomine）：AHS 建議以兩劑方案或三劑方案給藥。
     • 兩劑方案：第1劑 2.5 mg/kg（深肌內注射），第2劑在30天後再給予 5 mg/kg（深肌內）。
     • 三劑方案：第1劑 2.5 mg/kg，30天後第2、3劑各 5 mg/kg，間隔 24 h。

本題核心觀念
本題在考查寄生蟲學中環節宿主與終宿主的診斷策略，要求說明在中間宿主（intermediate host）與終宿主（definitive host）上，用於感染監測的檢驗方法，並闡述選擇該方法的理由（如靈敏度、特異性、操作便利性、成本、現場可行性等）。

(1) 中間宿主的診斷技術

選擇依據

1. 實用性：羊、牛等大型家畜在田間較不便採取侵入性樣本，故以超音波 + 血清 ELISA為首選。
2. 成本與規模：大規模監測需低成本，血清 ELISA、FIA 可一次檢測大量個體。
3. 早期偵測需求：若需在感染早期（無囊腫形成）掌握情況，則PCR 為唯一可行方法。
4. 種屬鑑別：對於流行病學研究，PCR 兼顧靈敏度與分子分型功能。

(2) 終宿主的診斷技術

核心觀念
本題測驗考者是否了解 Toxoplasma gondii 在羊隻中的致病機制與臨床意義，並能說明 獸醫師的診斷流程 以及 防治措施，以評估學生對寄生蟲流行病學、診斷學與防疫管理的整合能力。

(a) 為何弓形蟲病（toxoplasmosis）對羊隻重要？

1. 繁殖損失

   • 雌羊感染後，若在懷孕早期（妊娠第 1–3 週）首次接觸或再感染，胎兒會受到 先天性傳染，導致流產、早產或死胎。
   • 產後仍可能出現胎兒發育遲緩、先天性畸形，嚴重降低存活率。

2. 經濟衝擊

   • 流產或死亡胎兒直接減少羊羔數量，影響肉、毛、乳產值。
   • 需要額外的 診斷、治療與管理成本（如血清檢測、藥物防治），增加農場營運負擔。

3. 公共衛生風險

   • 羊肉若未充分加熱或內臟未妥善處理，仍可能傳播給人類，引發食源性弓形蟲病。
   • 農場內貓為終宿主，糞便中的卵囊若污染飼料或水源，亦會對農場工作人員造成感染危險。

(b) 獸醫師如何診斷羊隻的弓形蟲病？