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2018-11-01細菌隨身組裝的重裝武器－T6SS
587 期
Author 作者
陳俊堯／慈濟大學生命科學系助理教授，熱愛細菌的細菌人，研究領域為微生物生態，對環境微生物社會的興趣遠大於對人類社會的興趣，近年來亦致力於科普寫作的實踐與推廣。
細菌是在細胞內製造蛋白質，如果要把做好的蛋白質從細胞內送到細胞外使用，就得依賴某些分泌系統將它們送出細胞膜。而每個分泌系統都是由很多種蛋白質零件所組成，最後，在細胞膜上組裝成一套精緻的奈米機器，執行運送蛋白質的任務。
前言
2006年，美國哈佛醫學院麥卡蘭諾斯（John Mekalanos）教授的研究團隊，在霍亂弧菌（Vibrio cholera）裡找到 一組特殊的設備，將它命名為第六型分泌系統（Type VI secretion system, T6SS）， 這意味著先前已在細菌中找 到5種類似此設備功能的分泌系統。在這個實驗中，所使 用的主角是霍亂弧菌，在測試了包括實驗室中所培養的小 鼠細胞（J774）和黏菌細胞後，團隊發現霍亂弧菌能用這 組設備將毒素送入受測細胞，並導致細胞死亡，是個不折不扣的武器。
此外，他們也比對很多細菌的基因體序列，發現不少細菌都有類似的基因。在清查當時能取得的序列資料後，科學家們發現1∕4 的革蘭氏陰性細菌種類可能都帶有這套系統。後續來自各地的實驗結果也證實這組基因不只是在霍亂弧菌中使用，其它種類的細菌也用這套設備攻擊動物或植物，代表著這項威力強大的武器其實已在細菌的世界裡被廣泛使用了。不過，這組新武器到底是從哪裡來的呢？
T6SS 其實是偷來的武器
要找出武器設計圖的來源，DNA 序列比對工具就顯得相當重要。
以機器設計來說，如果光是依據對手公司的機器在功能及外型和自身的機器很像，這一點證據還不夠用來指控對方抄襲，但是如果在比對後發現雙方設計圖細節都一樣，那就可能成為有力的證據。科學家在比對DNA 序列時，發現細菌T6SS基因的序列和T4噬菌體基因的序列有很高的相似度，而且不只是1個基因像，是整組基因的序列都像。這樣程度的相似度不是巧合可以解釋得通的，合理推測應該是噬菌體在感染細菌後把整組基因留在細菌裡，後來被細菌重新改造並拿來使用。
如果將這組基因所製造出來的蛋白質們組合起來，模樣會像是根埋在細胞裡的長矛，基部是可以收縮的蛋白質，收縮時會把這根長矛往外推，刺入隔壁的細胞，把預先放在尖端的毒素送過去。在T4 噬菌體身上，這組設備位於可收縮的尾部，是它們感染細菌時需要用到的重要武器。噬菌體附著在細菌表面時，會用這長矛刺穿細菌的細胞壁和細胞膜，再透過長矛中間的管道把DNA 和蛋白質送入細菌。這些蛋白質可以搶奪對細菌細胞的掌控權，把它變成製造噬菌體的殭屍（圖一）。
把敵人的武器搶過來用
演化就是這麼有意思。這套原本是設計來屠殺細菌的精巧奈米機器，最後被細菌拿來為自己謀福利。只不過在T4噬菌體身上的這套設備原本長約100奈米（nm），大約只有細菌直徑的1∕10而已，但在細菌身上改造後的 版本T6SS可以拉長10倍，完成組裝時的大小已經接近整隻細菌直徑的長度了。基部蛋白收縮時，形成長矛主體的Hcp 蛋白突出細菌本體外大約半隻細菌的長度，大小等同於有個人拿著把藍波刀，以細菌的尺寸來看還挺嚇人的。......【更多內容請閱讀科學月刊第587期】