別還以為細菌就是「低等生物」，教科書都快要改了

05-31

我來說幾個細菌的吧，雖然我不是研究細菌的，但是總是能時時刻刻被那些看不見的東西 shock 一下，細菌遠遠沒有我們想像的那麼簡單！

我搜了一下細菌，然後在百科條目裡面得到了這樣的定義：

可以看出裡面用詞，只存在稱作，原始單細胞生物，結構簡單，原核生物.......似乎人們對於微生物的認識還只是那時一些自然界中低等的生物，偶爾的只有當它們引起流行病的時候才能引起我們的關注。過了十幾年了，現在的定義和我在中學課本中學到的細菌的描述，似乎沒有本質上的區別。

神跡 1:細菌擁有後天獲得的免疫記憶

中學的時候我們關於細菌免疫的定義還是局限在細菌擁有細胞壁，是保護細胞被外界病毒侵染的（也叫做噬菌體）主要保護層，細胞壁的厚度和組成成分決定了細菌對於外界不良環境的抵抗能力，一旦病毒進入細菌體內，那麼他們就只能乖乖的被蠶食，等待死亡了。

可事實完全不是如此，細菌響亮亮的打了我們的臉，他們不僅有免疫系統，而且複雜程度遠遠的超出我們的想像。

細菌的這種獲得性免疫系統叫做 CRISPR，是英文Clustered regularly interspaced short palindromic repeats 的縮寫。在目前已經發現的細菌中的百分之四十，古細菌中的百分之九十都擁有這種系統。CRISPR 和我們獲得免疫記憶的過程非常的相像，大致來說可以分為獲得免疫，產生 CRISPR RNA，和消除目標外源 DNA。當一種新的病毒進入到細菌的體內，這種病毒特有的一小段外源性的基因片段就會被細菌保留下來，然後被整個到細菌的基因組上面去，細菌可以容納成百上千個這種基因片段，因為這些片段都非常多小，而且不同的片段間有著相同的重讀序列（spacer）。當病毒再次進入到細菌體內的時候，被整合到細菌基因組上的片段這回就像一個標誌物一樣，可以幫助細菌準確的找到病毒，並用相應的核酸酶分解病毒的基因，就像我們體內的抗體一樣，一旦我們記住一種病毒，他們就不會在我們體內引起疾病了（除非他們發生了了不起點突變，免疫系統不在認識他們了）。只不過在 CRISPR 系統中，細菌生產的並不是抗體，而是 RNA，也被叫做引物 RNA，可以幫助細菌準確的找到入侵的細菌。

而寫最近的研究成果表明，細菌不僅可以識別外源病毒的 DNA （叫做 CRISPR／Cas9 和 CRISPR／Cpf1 系統，Cas9 是第一個被發現的核酸酶，Cpf1 是另一種核酸酶），而且還可以直接識別外源病毒的 RNA（CRISPR／C2c2）。隨著研究的深入，人們也發現了更多的不同的 CRISPR 系統，已經上百種不同的蛋白參與其中，但是因為細節太過專業，也就不詳細表述了。有興趣的朋友們可以去看這篇論文［1］

因為 CRISPR 中的核酸酶可以特異性的識別基因序列並且進行特異性的剪切，而且相對比較容易的被分離出來，所以大規模的被應用到了基因工程上，到目前為止上百種物種的基因組在實驗室內已經被特異性的改變了（在實驗室中），未來我們可不可以用這種工具去對人進行基因編輯，是目前最流行的討論，因為這種工具理論上存在幫助我們消除疾病，獲得我們想要性狀的可能性（比如我女朋友就夢想著要一個金髮碧眼的小寶寶，雖然我們都是黑頭髮小眼睛，但是我們可以改變孩子的基因序列呀，把小眼睛基因變成大眼睛基因）。但是道德上當然存在很大的爭議。

神跡 2:腸道微生物影響著我們很多生理過程

我想，20 年前，你告訴一個人你腸子里造屎的微生物可以影響你腦子的功能，那麼那個人一定會說你 TMD 腦子一定進屎了。但是隨著研究的深入，我們腸子和胃裡面微生物持續給我們製造著驚喜。

（我們腸子里形形色色的微生物）

我們腸道裡面微生物的數量遠超身體裡面其他部位微生物的數量，比他們加起來的總和還多。而且扮演者非常非常重要多作用。他們扮演著我們抵抗很多病源微生物入侵的第一道屏障。同時他們還幫我們分泌很多我們必須的元素，維生素 B，K 的合成，乙酸，羧酸的代謝等等。但是最近最最令人興奮的研究結果是，腸道微生物也許能影響我們的腦功能。

我們腸道裡面的微生物最初是在我們的母親那裡得到了，加上出生三年環境中獲得的各種微生物，形成了每個人獨特的腸道微生物組成，這些組成的成分每個人和每個人都是不一樣的，結果就是我們的腸道微生物可以像我們的指紋一樣獨特。越來越多的實驗表明我們的腸道微生物可以影響我們的情緒和行為。研究人員給膽小易焦慮的小鼠餵食了一些來自比較勇敢，善於探索周圍環境小鼠的腸道微生物，結果容易焦慮的小鼠變的非常樂於探索周圍陌生環境。同樣的給善於探索環境的小鼠餵食來自焦慮小鼠的腸道微生物，他們也變的膽小焦慮。

越來越多的實驗正在朝著希望可以通過改變人們腸道微生物的組成，來治療某些疾病的目的，雖然我們對於腸道微生物現在的認識還是有限的水平，但是無疑，他們越來越讓我們相信，他們在我們的身體中扮演著非常重要的角色。

Reference：

［1］Unravelling the structural and mechanistic basis of CRISPR–Cas systems. John van der Oost,Edze R. Westra,Ryan N. Jackson & Blake Wiedenheft. Nature Reviews Microbiology 12, 479–492 (2014) doi:10.1038/nrmicro3279