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胡思的喃喃自語
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從分子生物學看致病微生物

我們可以將生物概分為原核生物與真核生物。顧名思義,這兩者的區分便在於細胞內是否具有結構完整的核。在生物演化的研究當中,較為低等的生物幾乎都是原核生物,細菌就屬於原核生物。它們的 DNA 裸露在細胞質當中,所以進行轉錄與轉譯的時候,都可以迅速地發生。動物與植物則屬於真核生物,它們的 DNA 被包含在核膜當中,形成一個細胞核的結構,因此,當真核生物的轉錄發生後,RNA 必須送到細胞核外進行轉譯形成蛋白質。除了轉錄轉譯發生的位置不同以外,當 DNA 要轉錄成為 RNA 時,需要核糖體的協助。而原核生物與真核生物的核糖體並不相同,這也是區分原核與真核的重點之一。 當我們對分子生物學有一些基本的瞭解以後,再來檢視我們對微生物的知識。微生物包含了細菌、病毒與噬菌體。細菌又可以依據細胞壁的厚度區分為革蘭氏陽性與陰性菌,或是依據它們對氧氣的需求度分為嗜氧菌、厭氧菌與兼氣性細菌。然而,無論它們屬於哪一類細菌,絕大多數的細菌都可以獨立存活,不需要寄生在其他生物體內。因為它們的 DNA 上已經帶有足夠供給它們生存與複製的基因。而病毒則剛好相反,病毒又可以根據它們的遺傳物質特性分為 DNA 病毒與 RNA 病毒。病毒顆粒具有蛋白質外殼,蛋白質外殼內包含了病毒的 DNA 或是 RNA。病毒的 DNA 非常小,所帶有的基因也不足以使它們獨立生存,所以它們需要寄生在某些生物體內,利用被寄生宿主的蛋白質來協助它們複製。 並非所有的細菌都可以造成人類或其他生物的疾病,相反的,人體內或是體表皮膚有許多所謂的正常菌叢。例如在腸道中的正常菌叢(不止一種細菌)可以幫助食物的消化,體表皮膚的正常菌叢可以幫助人體抵抗其他細菌。除此之外,我們將會造成疾病的細菌稱為致病菌。有許多的致病菌會造成嚴重的流行疾病,例如霍亂弧菌。另外還有食物中毒常見的元兇—金黃色葡萄球菌、沙門氏桿菌或加賀氏菌。這些細菌進入人體之後,會釋放毒素,造成腸道細胞的破壞,進而使人產生腹瀉或高燒的病症。在治療上,對付細菌比對付病毒簡單得多。我們現在有許多抗生素可以用來殺死這些致病菌。抗生素的功用在於阻止這些致病菌在人體內複製。由於細菌是原核生物,複製過程中所需要的蛋白質與人體細胞所需要的並不相同,所以我們可以針對這個差別,設計新的抗生素藥物來殺死細菌而不會破壞人體細胞。 病毒感染則顯得較難以治療。由於病毒結構上與細菌不同,且需要宿主來協助其複製跟擴散,所以一般的抗生素的作用並無法阻止其複製,要殺掉病毒還得要考慮不會破壞到人體的細胞。以 2003 年新發現的 SARS 病毒為例,SARS 病毒屬於冠狀病毒科,其蛋白質外殼呈現冠狀。當病毒侵犯宿主細胞時,它們必須先將外殼脫除(脫殼作用),然後將它們的 DNA 送進宿主細胞內。一旦將 DNA 送進細胞內,它會開始利用宿主細胞的蛋白質來協助其複製。因此有許多抗生素會失效,特別是那些負責殺死複製所用蛋白質的抗生素。分子生物學家在 SARS 造成嚴重流行時,立刻著手分析 SARS 病毒的 DNA 序列,透過對 DNA 序列的解讀,在短時間內分析出它與其他冠狀病毒的差異。同時,由於這些基因的分析,分子生物學家可以發展快速偵測 SRAS 病毒的檢驗方法,並且根據它的基因序列設計可能的治療藥物。 在分子生物學發展之前,人類對於微生物造成的疾病只能依靠經驗來使用藥物。但是現在,由於分子生物學方面的知識,我們知道了許多關於微生物自己本身複製及致病原因的知識,我們可以利用這些分子層次的知識來設計新的藥物對抗這些致病菌,這使得我們的醫療方法可以更快速地解決微生物造成的疾病。透過這些知識,我們也發現細菌會演化,會突變,也會將抗藥性基因傳遞給其他細菌,因此造成一些「超級細菌」(無法以目前的抗生素殺死的細菌)。這些都讓我們在使用抗生素時更加小心,也讓我們能夠以更全面的角度來審視致病菌與人類的關係。 (原寫於 2004 年)
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