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近年「人類豬流感」、「禽流感」等肆虐全球,弄得人心惶惶,各國都聯手抗疫,大家亦嚴陣以待避免「中招」,不過一直以來仍有不少人將引起「流感」的「病毒」(Virus) 跟「細菌」(Bacteria) 混淆,到底它們是什麼東西,兩者之間又有什麼分別呢?

 

細菌 (Bacteria)

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「細菌」(英文:Germs;學名:Bacteria ) 廣義的細菌」即為「原核生物」(Prokaryotes),是指一類其「細胞核」(Nucleus) 並無「核膜」(Nuclear Membrane) 包裹,只存在稱作「擬核區」(Nuclear Region)〔或擬核〕的裸露 DNA 的原始「單細胞生物」(Protozoa),包括「真細菌」(Eubacteria) 和「古生菌」(Archaea) 兩大類群。其中除少數屬「古生菌」外,多數的原核生物都是「真細菌」。可粗分為 6 種類型,即「細菌」(狹義)、「放線菌」(Actinobacteria)、「螺旋體」(Spirochaetes)、「支原體」(Mycoplasma)、「立克次氏體」(Rickettsia) 和「衣原體」(Chlamydia)。

人們通常所說的「細菌」基本上是指「狹義的細菌」,狹義的細菌」屬「原核微生物」的一類,是一種形狀細短,結構簡單,多以「二分裂方式」進行繁殖的「原核生物」,是在自然界分佈最廣、個體數量最多的有機體,是大自然物質循環的主要參與者。

「細菌」是生物的主要類群之一,屬於「細菌域」(Domain Archaea)。「細菌」是所有生物中數量最多的一類,據估計,其總數約有 5×10 的 30 次方個。「細菌」的個體非常小,目前已知最小的「細菌」只有 0.2 微米長,因此大多只能在顯微鏡下看到它們。「細菌」一般是「單細胞」,「細胞」結構簡單,缺乏「細胞核」、「細胞骨架」(Cytoskeleton) 以及「膜狀胞器」(Membranous organelles),例如「粒線體」(Mitochondrion) 和「葉綠體」(Chloroplast)。基於這些特徵,「細菌」屬於「原核生物」。「原核生物」中還有另一類生物稱做「古細菌」,是科學家依據演化關係而另闢的類別。為了區別,本類生物也被稱做「真細菌」。

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「細菌」的種類繁多,廣泛分佈於土壤和水中,或者與其他生物共生。分布極廣,即使是不利於一般生物生長的環境,也都有「細菌」的存在。它們的生命力極頑強,人們隨時隨地都和空氣接觸,人體身上也帶有相當多的「細菌」。據估計,人體內及表皮上的「細菌」細胞總數約是人體「細菌」總數的十倍。此外,也有部分種類分佈在極端的環境中,例如溫泉,甚至是放射性廢棄物中,它們被歸類為「嗜極生物」(Extremophile),其中最著名的種類之一是「海棲熱袍菌」(Thermotoga maritima),科學家是在「意大利」的一座海底火山中發現這種「細菌」的。而 2008 年在「格陵蘭」3.2 公里的冰層下,那裡常年低溫、高壓缺氧、食物匱乏,卻仍發現存活超過 12 萬年的「細菌」

然而,「細菌」的種類是如此之多,科學家研究過並命名的種類只佔其中的小部份。「細菌域」下所有「門」中,只有約一半包含能在實驗室培養的種類。

「細菌」的營養方式有自營及異營,其中異營的腐生「細菌」是生態系中重要的分解者,使碳循環能順利進行。部分「細菌」會進行「固氮作用」(Nitrogen fixation),使「氮元素」(Nitrogen) 得以轉換為生物能利用的形式。

 

細菌的構成

「細菌」的構造比較簡單,沒有「粒線體」,也沒有「核膜」(Nuclear membrane) 和「核仁」(Nucleolus) 等構造;「細菌」的「染色體」(Chromosome) 只由一條裸露的 DNA 所構成;「細胞壁」(Cell wall) 不含「纖維素」(Cellulose),主成分為「肽聚糖」(Peptidoglycan)。

有些「細菌」還有「鞭毛」(Flagellum) 與「莢膜」(Capsular)。「鞭毛」的數目及長短,因「細菌」種類不同而異。「鞭毛」由「蛋白質」(Protein) 構成,為一種運動構造,如果斷掉,將會影響運動。「莢膜」則是一種黏性構造,大多數「細菌」的「莢膜」由「多糖」(Polysaccharide) 構成,具保護的作用;「莢膜」的存在也往往和致病力有關。有些「細菌」還會為了要度過不良的時期,形成一種「休眠孢子」(Resting spore),稱為「內孢子」(Endospore)。「內孢子」對環境的抵抗力特別強,到環境適合時,「孢子」才會萌發並進行繁殖。

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細菌有多大?

各個「細菌」的大小並不一致,但是都必須用顯微鏡方能一睹廬山真面目。「細菌」的發現者:荷蘭商人 Antony van leeuwenhoek ,(1632-1723)。「細菌」大小的單位是「微米」(μm)。像是「桿菌」長約 0.5-10μm,寬約 0.2-1.0μm;「球菌」的直徑約為 0.3-1.2μm;「螺形菌」的長約 3-50μm。不僅不同種的「細菌」大小不同,即使由同一個「細菌」增生出的「細菌」也會有不同的大小。

 

細菌的型態、形狀和排列

根據「細菌」的形狀,在正常環境下的基本形態可將之區分為 1.球菌 2.桿菌 3.螺旋菌 三類。

「球菌」(Cocci) 呈圓球形,絕大多數不具「鞭毛」,分裂以後往往會暫時排列在一起;有些成對排列,稱為「雙球菌」(Diplococcus);有些呈鏈狀排列,稱為「鏈球菌」(Streptococcus);有些則聚集成團,稱為「葡萄球菌」(Staphylococcus)。

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若再依分裂方向及分裂後的排列狀況來看,還能細分 5 種:

球菌名稱

分裂方向

分裂後的排列狀況

雙球菌

在一個平面上分裂

   成對排列

鏈球菌

在一個平面上連續分裂

   形成長鏈條

四聯球菌

在二個互相垂直的平面上分裂

   排成田字形

八聯球菌

在三個互相垂直的平面上分裂

   形成立方體

葡萄球菌

在不同平面上進行不規則分裂 

   形成葡萄串狀

 

「桿菌」(Bacilli) 呈桿狀,有的具「鞭毛」,有的沒有。菌端多圓鈍,菌體呈桿狀,或微彎。「桿菌」的大小依種類不同而有異,例如「大腸桿菌」(Escherichia coli) 長 2-3μm,「流行性感冒桿菌」長 0.7-1.5μm。排列方式有三種:單獨、成雙、成鏈。「細菌」中以「桿菌」的種類最多,如「大腸菌」、「枯草菌」(Bacillus subtilis) 或「破傷風菌」(Clostridium tetani) 等都是。

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「螺旋菌」(Spirochete) 呈螺旋狀,具「鞭毛」,種類遠比「桿菌」或「球菌」少,主要生活在土壤或水中,通常沒有致病的能力。

可細分兩種:

Spirochete

螺旋菌名稱

彎曲數目

彎曲程度

弧菌

1 

不超過圓周的四分之一

螺旋菌

2-6 

超過圓周的四分之一

 


細菌的結構

細菌的結構

 

細胞壁 (Cell Wall)

無色透明、堅韌富彈性的膜壁,佔「細菌」整體乾重的 10-40%。由於折光性及不易染色,所以很難在光學顯微鏡下看到。「細胞壁」的厚度隨種類而異,平均約為 10-25mm,主要功用在於保持「細菌」外型和保護「細菌」。「細胞壁」的化學組成也隨種類而異,基本上由「碳水化合物」(Carbohydrate)、「蛋白質」(Protein) 和「脂質」(Lipid) 鑲嵌而成。若用「革藍氏染色法」(Gram Staining) 染色,可把所有細菌分作「革蘭氏陽性」(Gram Positive) 及「革蘭氏陰性」(Gram Negative) 兩種,兩種的「細胞壁」的組成不同。

 

細胞膜 (Cell Membrane)

具有半透性的生物膜。共分三層,內外層較暗,厚度有 2-4nm,中層較透明,厚度有 3-5nm。膜佔乾重的 10%,由「類脂質」(Lipoid)、「蛋白質」和「碳水化合物」 組成。具有許多微孔,控制分子進出及調節滲透。膜上有許多種「酵素」(Enzyme),參與「細菌」的物質交換、合成及氧化。

 

細胞質 (Cytoplasm)

含「水」、「蛋白質」、「核酸」(Nucleic Acids)、「脂類」、「醣類」及「鹽類」的透明膠體。「細胞質」是代謝的中心,內有許多「胞器」和「酵素」。這些「胞器」包括有:

1.核糖體 (Ribosomal) 微小的游離球狀顆粒,主要集中在核區和「細胞膜」上,數目隨年齡有異,合成最活躍時,「核糖體」可多達 5 萬個,佔「細胞質」乾重的 25%。

2.中個體 (Individual)細胞膜」向內凹陷折疊而成的膜狀構造,多在「革蘭氏陽性菌」中見到,位於「細菌」的一側與核區連接。主要功用在於「細胞壁」的合成、DNA 複製、呼吸及「芽孢」的形成有關,相當於「粒腺體」,因此有「類粒腺體」之稱。

3.質體 (Plasma Membrane) 環形雙股 DNA 片段,能進行複製,其中含有一些非生命所必須的「基因」(Gene)。「質體」比「染色體」小,只有 50-100 個基因,也可以插入「染色體」中,稱為「附加體」。目前已知「質體」存在於許多「革蘭氏陰性菌」和部份「革蘭氏陽性菌」中。

4.核物質 (Nuclear Matter) 「細菌」的「核物質」無核膜來與質分開,而呈現球狀、卵狀、啞鈴狀或帶狀,由於無核膜,所以不能稱之為「細胞核」而改稱「核物質」。「核物質」也由 DNA 組成,環形,長 1.36mm 的細絲折疊成盤繞的結構。「核物質」的大小、形狀與排列形式,不但因種類不同而不同,還隨生長階段及環境而改變。

 

細菌的特殊構造

「鞭毛」(Flagellum) 有一些「細菌」的表面生長著數目不等的「蛋白質」絲狀物,稱作「鞭毛」,其長度會隨種類、年齡而異。「鞭毛」是由「細胞質」內的「鞭毛基粒」長出,穿過「細胞膜」和「細胞壁」而游離。它的寬度約 20-50 nm,超出了光學顯微鏡的可見範圍。其功用在於運動,運動方式與「鞭毛」數目及分佈位置有關。依「鞭毛」的排列方式和數目,可將具「鞭毛」的「細菌」分為 5 類:

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細菌名稱

鞭毛排列方式

運動方式

單毛菌

菌體一端一根

快速的直線運動

兩端單毛菌

菌體兩端各一根

快速的直線運動

一端叢毛菌

菌體一端一束

快速的直線運動

兩端叢毛菌

菌體兩端各一束

快速的直線運動

周毛菌

菌體周圍

布朗運動

 

「莢膜」(Capsular) 可以看見的,稱為「莢膜」。莢膜通常圍繞在 1-3 個菌體的周圍,但「腐生菌」(Saprophyte) 的「莢膜」內經常包含很多「菌體」,統稱為「膠菌團」(Zoogloea)。「莢膜」的化學成份因菌種而有不同,但總合來看,主要成份是來自「醣類」、「糖蛋白」(Glycoproteins) 及黏狀物。「莢膜」的形成具有遺傳性,只有在異常情況下才會暫時或永久消失。形成「莢膜」是有條件的,必須要在感染的動物體內,或在加有血清或「碳酸氫鈉」(Sodium Bicarbonate) 的培養基中,並在「二氧化碳」(Carbon Dioxide) 的情況下才會形成「莢膜」

莢膜

 

「芽孢」(Spore) 某些「桿菌」在發育到某一階段時,會在內部形成圓形或卵形的「芽孢」,屬於「細菌」的休眠狀態。首先是在內部一定的部位發生「細胞質」濃縮,水分剩下不到 40%,然後再形成多層厚膜。「芽孢」核心含有 DNA、RNA「蛋白質」和「酵素」。外層則依次包括「內膜」(Endomembrane)、「芽孢壁」(Spore Wall)、「皮質層」(Cortex)、「外膜」(Outermembrane)、「芽孢殼」(Spore Coat) 和「芽孢外壁」(Exosporium),不具通透性。內、「外膜」由「細胞膜」形成;「芽孢壁」在發芽後形成「細胞壁」;「皮質層」最薄,但具有耐熱性;「芽孢殼」無通透性,能抗化學藥物的滲入;「芽孢」外壁則較疏鬆。有時「芽孢」可抵抗 150℃ 乾熱滅菌一小時。形成「芽孢」也是有條件的,但隨「細菌」種類不同而有異。「原菌體」未消失前,「芽孢」在菌體內的位置隨「細菌」種類不同而有變化。

芽孢

芽孢種類名稱

特徵

中央芽孢

芽孢呈卵形,位於菌體中央,直徑與菌體直徑相等。

近端芽孢

芽孢呈卵形,位於菌體中央與某一端之間。

頂端芽孢

芽孢呈圓形,位於菌體頂端,使菌體呈鼓鎚狀。

 

「芽孢」在適宜條件下〔溫度、濕度和養分〕,會吸收水分和養料而膨大,在「芽孢」一端發生破裂,新的個體便由此長出而留下空殼,歷時 4-5 小時。

 

「柔毛」(Pilus)〔菌毛〕根據形態及作用特點不同可分為「普通柔毛」及「性柔毛」:

柔毛類別

具有菌種

特徵

功用

普通柔毛

某些革蘭氏陰性菌和少數革蘭氏陽性菌

長在菌體周圍,數目約150-500根,直徑約1.5μm的絲狀物。

吸附到物體表面或水面,吸收營養或空氣。

性柔毛

某些革蘭氏陰性菌

比普通柔毛長,數量僅1-4根的絲狀物。

傳遞質體。


Pilus

 

什麼是「革蘭氏陰性」與「革蘭氏陽性菌」?

用「革蘭氏染色法」染色細菌「細胞壁」,並用酒精脫色。若能將紫色脫去而呈紅色者稱「革蘭氏陰性菌」;若呈紫色,則為「革蘭氏陽性菌」。此法可將所有的細菌分為這兩類,這與「細胞壁」成分有關。

「革蘭氏陽性菌」的壁厚達 15-35nm,組成成分中的「胞壁酸」(Muramic Acid)、「磷壁酸」(Teichoic Acid) 和「二氨基庚二酸」(Diaminopimelic Acid) 則為「陽性菌」特有。「革蘭氏陰性菌」的壁較薄約 10-15nm,成份比「陽性菌」複雜。不含「磷壁酸」,但含有「脂蛋白」(Lipoproteins)、「脂多糖」(Lipopolysaccharide) 和「球蛋白」(Globulin) 等。

革蘭氏陰性菌

Pseudomonas_aeruginosa_Gram 

革蘭氏陽性菌 

Gram-positive

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