托嬰中心的「同學」們不只「共學」，還「共菌」

 

圖片作者：NotebookLM

很多家長都有類似的經驗：把孩子送去托嬰中心後，感覺孩子好像比較容易感冒，於是就會忍不住擔心：

 「托嬰中心的玩具大家一起玩，細菌不就一直傳來傳去？」

最近在頂級期刊的發現是：是的，細菌的確會傳來傳去；不過，不用太擔心喔！

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牆不是死的：從「找有害菌」到「理解微生物體」，萬里長城帶來的新視角

 

圖片作者：NotebookLM

為什麼要研究城牆、雕像、壁畫、紙本文件上的微生物？

答案其實很簡單：因為它們會壞掉。

不過，過去向來只想「殺菌」，現在則想瞭解：

這些「死物」上的「活物」（微生物），在做什麼？

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探索家貓神秘的「味道密碼」：微生物與氣味的神奇關聯

 

圖片來源：ChatGPT

許多動物使用化學信號來進行溝通，這些化學化合物包括在排泄物、唾液和腺體分泌物中發現的揮發性有機化合物（VOCs）。這些化合物可以幫助動物進行親屬識別、領土防禦、繁殖宣傳等。特別是腺體分泌物，能夠傳達有關個體身份、年齡、性別、繁殖狀態、社會地位和社交群體的信息。

家貓（Felis catus），這個我們熟悉而又神秘的伙伴，其實藏有一個奇妙的世界。你知道嗎？貓咪的肛門腺（anal gland）分泌物中，其實潛藏著一個微生物的宇宙。這些微生物不僅影響著貓咪的體味，還可能是貓咪交流的重要工具。

在這項研究中，研究團隊採集了23隻家貓的肛門腺分泌物，運用基因體學和代謝體學技術，深入探討這些微生物的組成。他們發現，這些微生物群體極其多樣，且每隻貓都有其獨特的微生物組成。

研究中特別關注的是幾種細菌，如乳酸桿菌、變形菌和鏈球菌等。這些細菌不僅多樣，還能產生各種有機化合物，這些化合物就是貓咪體味的來源。有趣的是，這些體味成分不僅與貓咪的年齡和肥胖度有關，甚至還與它們的居住環境有所聯繫。

科學家還發現，這些微生物之間和它們所產生的氣味成分之間，存在著微妙的相互作用。比如，某些特定的細菌種類與特定的氣味成分有高度的相關性。這意味著，這些微生物可能在貓咪使用體味進行社交交流中，扮演著關鍵角色。

研究團隊發現，貓的肛門腺微生物群主要由棒狀桿菌屬（Corynebacterium）、擬桿菌屬（Bacteroides）、變形菌屬（Proteus）、乳酸桿菌（Lactobacillus）和鏈球菌（Streptococcus）等屬的細菌所主導。這些細菌在不同貓之間顯示出顯著的差異，並與不同的代謝物（如脂肪酸、酮、醛和醇）有關。特別是，來自Corynebacterium frankenforstense、奇異變形桿菌（Proteus mirabilis）、約氏乳酸桿菌（Lactobacillus johnsonii）和脆弱擬桿菌（Bacteroides fragilis）的四個基因組組裝基因組（MAGs）被強調為進一步研究其在VOCs合成和氣味產生中角色的重要候選者。

研究發現特定細菌種類的豐富度與某些代謝物之間存在顯著相關性。例如，產氣莢膜桿菌（Clostridioides perfringens）和流行鏈球菌（Streptococcus equi）這兩種細菌與許多未確定的代謝物呈現負相關。相反地，有五種細菌與九酸（一種脂肪酸）呈現正相關。此外，包括兩種梭菌屬（Clostridium）、三種鏈球菌屬、兩種Ezakiella屬和Fenollaria sporofastidiosus在內的八種細菌與一種支鏈脂肪酸酯（2-甲基丁酸）呈現正相關。

研究還研究了這些微生物群的遺傳組成，以了解與VOCs合成相關的潛在功能。他們使用如同源基因群集（COGs）和京都基因和基因組百科全書（KEGG）等數據庫對基因進行註釋。研究人員發現了一些酒精脫氫酶、醛脫氫酶和丁醇脫氫酶等酶的基因。這些酶在將醇轉化為醛和酮、將醛氧化為如乙酸、丙酸或戊酸等羧酸、以及將丁醛轉化為丁醇的反應中起作用。這表明這些微生物群有潛力參與產生多種揮發性化合物。

這項研究不僅為我們提供了理解家貓行為和溝通方式的新視角，也為未來可能的寵物健康研究打開了新的大門。這就像是解開了貓咪的一個小秘密，讓我們對這些寵物有了更深的了解和親近。

曾有研究指出，人類喜歡與自己微生物組成類似的人；不知道貓咪是否會有類似的情況呢？

參考文獻：

Rojas, C.A., Marks, S.L., Borras, E. et al. Characterization of the microbiome and volatile compounds in anal gland secretions from domestic cats (Felis catus) using metagenomics and metabolomics. Sci Rep 13, 19382 (2023). https://doi.org/10.1038/s41598-023-45997-1

都市的微生物地圖

一個都市能有多少種細菌？在Jared Diamond的「槍砲、病菌與鋼鐵」中提到，群聚生活是細菌的溫床。事實上，我們身上的細菌總數，是我們身上細胞的十倍。而這些細菌，每天被我們帶來帶去，當我們說話、咳嗽、打噴嚏、抓頭、搔癢、甚至呼吸，都會將他們送出體外，降落在我們周遭的環境中；而我們碰觸周圍的事物，也會將環境中的微生物帶到自己身上。根據美國能源局的研究，當我們住到飯店裡，我們身上的細菌只需要六小時就可以佔領飯店的房間。

最近，康乃爾大學的研究團隊，針對整個紐約的地鐵站、以及史坦頓島鐵路（Staten Island Railway），以及Gowanus 運河與四個公園，與一個受到珊迪颶風侵襲後尚未開放的地鐵站進行大規模的「微生物普查」。他們為此還開發了一個App，以便讓每位進行普查的志工學生與研究生可以在進行拭子測試（Swab test）後，即時記錄下地點、時間、進行人員以及拍照。由於拿著棉花棒在地鐵車廂、車站內部擦呀擦的，看起來實在蠻可疑的；他們的學生志工不只一次被地鐵警察護送出站。

不過，他們還是完成了。整個紐約最多的生物是什麼呢？

答案是：不明生物（unknown organism），佔總體的48.3%。這個結果其實並不令人訝異，2013年的研究發現，紐約的空氣中，有25%-62%的DNA來自於未知生物。

除掉這些以後，細菌佔最多（46.93%）；其中第一名的生物是：假單胞菌屬的Pseudomonas stutezi。

假單胞菌。（圖片中為綠膿桿菌Pseudomonas aeruginosa）
圖片來源：wiki

其次是腸桿菌屬（Enterobacter）與寡養單胞菌屬（Stenotrophomonas）這兩屬的細菌。不意外的，出入的人越多的點，細菌的種類就越多；其中時代廣場站（Times Square）與中央車站（Grand Central）居冠。而所有在這些點找到的細菌，如果人類微生物體計畫（Human Microbiome Project）中的資料比對，會發現若以來自人身上的細菌來分，大致上來自幾個部位：皮膚、腸道與泌尿道。當然，由於我們每小時要掉落一百五十萬個皮膚細胞（不要擔心，他們是死的），所以皮膚的細菌（主要是金黃葡萄球菌Staphylococcus aureus）是第一名！

紐約的地下道也有找到病毒，約佔總體量的0.032%。不過，如果您以為最多的是感冒病毒，那您就錯了。最多的是噬菌體（bacteriophage），想想也頗合理，既然有這麼多細菌，吃細菌的生物不在反而很奇怪了。最多的噬菌體是phiX174（ΦX174），他們以腸桿菌屬的細菌為食。

phiX174。圖片來源：wiki

真核生物的第一名是地中海實蠅（Ceratitis capitata）與山松甲蟲（Dendroctonus ponderosae），不過研究團隊認為，由於蟑螂在NCBI資料庫中沒有序列的資料，所以山松甲蟲的序列或許是蟑螂。當然，人的序列也很多，佔真核生物的第四名。

地中海實蠅。圖片來源：wiki

當然，這麼多的細菌，是否有病原菌呢？研究團隊還是有找到腺鼠疫的病原菌（Yersinia pestis）與炭疽病的病原菌（Bacillus anthracis）。總體來說，大約只有12%的細菌具有致病性，大部分存在於地鐵的細菌，若不是不具有致病性（57%），否則就是只對於免疫功能不良的人有害（31%）。

比較令人擔心的是，研究團隊在28%的地點找到抗藥性細菌，其中還有找到具有多重抗藥性菌株的例子。

至於那個在珊迪颶風後就不再使用的地鐵站呢？由於沒有人進入，研究團隊在其中找到的都是生活在海洋中的細菌。

為什麼要建立都市的微生物地圖？除了單純的科學上的好奇心以外，了解都市中的微生物分佈，長期下去或許也可以幫助我們了解都市的衛生狀況，或許也能幫助預防疾病散播。當然，雖然在幾個點找到了腺鼠疫與炭疽病的病原菌，但在測定的時間內並沒有這些疾病產生，這也幫助我們了解到：瘟疫的產生，並不是只要有幾隻細菌存在就會發生了。

（本文版權為台大科教中心擁有，需經同意始可轉載）

參考文獻：

Christopher E. Mason et. al. 2015. Geospatial Resolution of Human and Bacterial Diversity with City-Scale Metagenomics. Cell Systems. 1:1-15. http://dx.doi.org/10.1016/j.cels.2015.01.001