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Take Home Message
．古代人將發酵歸功於神蹟，現代科學則揭示為微生物原理。只要提供特定養分與環境，控制好發酵「魔法陣」的條件，就能駕馭這些小生物，將平凡的原料轉變為美酒佳餚等發酵產物。
．我們可了解微生物的習性並「投其所好」，設定好缺氧、光照與特定養分等條件。如此一來，即使是普通的水塘泥水，也能篩選出特定的益菌並加以「圈養」利用。
．活充滿微生物，維持健康的關鍵並非趕盡殺絕。日常的衛生習慣，例如刷牙、保持足部乾爽，其實就是在管理微生物的生長環境，透過簡單的調控來抑制壞菌、扶植好菌，與這群微小的鄰居和平共處！

無所不在的實境 RPG

我們的消化道自出生起便養了比菲德氏菌（Bifidobacterium bifidum），身死後又有厭氧梭菌進駐。最終，身體的物質轉化為成千上萬的微生物，回歸塵土。

或許這個雛形儲存在人類的集體潛意識裡，反覆出現於各種文學作品、休閒小說或遊戲動漫裡，像穿越輕小說就時常使用這個概念──生物死亡後轉化為「魔素」，使人重返天地。如果穿越輕小說的是「充滿魔素的世界」，那我們的日常生活就是「充滿微生物的世界」。輕小說的故事設計，其實在有意無意間挪用了自然界現象，甚至有時候是烹飪的科學知識。

闖蕩異世界前的魔法準備，不外乎求取知識、準備器具與材料、畫出魔法陣、提供魔素，然後啟動魔法。動漫和「實境」最大的差別，大概就是畫面沒有那麼體面又華麗。在現實裡，我們能用的「魔法」叫作「發酵」，但是會把畫出魔法陣換成「打造固定培養條件」，提供魔素啟動魔法換成「提供微生物啟動發酵」，其餘步驟就跟魔法一樣。

如果剛好穿越回古希臘時代，就會在民宅調查出啤酒與葡萄酒的釀造紀錄；當時人們知道釀造的方法，卻不清楚原理，於是把它歸功於酒神戴歐尼修斯（Dionysus）。換句話說，在人們得以用科學描述發酵的過程之前，這件事在古希臘人心目中近乎魔法與神蹟。

筆者自幼就立志當魔法師，家裡養的第一隻貓就叫戴歐尼修斯。沒，這當然是騙人的。不過「發酵」實在是種太迷人的魔法，因為就只有一開始需要準備，之後就是坐享其成。

參考現今的生命起源論，「勇者們」如果回到地球多細胞生物剛誕生的時期，會發現像夏天的海水浴場一樣人聲鼎沸，微生物早就無處不在。時至今日，我們仍舊活在「微生物鋪天蓋地的世界」裡，並且下意識地用不同方式在「豢養」它們。

我們只要先了解它們的動態本質，就可以隨心所欲地圈養這批可愛的朋友並施展「魔法」。

知己知彼：微生物觀察課

我們談談如何分離培養微生物們――的盲點，其實是應用性狀分類與生化反應的差異。首先，我們雖然活在「充滿微生物的世界」，卻可以創造出「沒有微生物的空間」。簡單來說，既然是生物，就怕煮熟；既然微小，就怕被吹走。

我們可以把器具加熱，同時維持穩定氣流，就能達成所謂的「無菌操作」。最簡單的方式是點燃酒精燈，然後在火焰周圍半徑約 10 公分的範圍裡，微生物就會被氣流穩定地「吹」往火焰處。順帶一提，傳統火鍋也算是一種貨真價實的「無菌操作」吃法（圖一）。

圖一｜酒精燈（左）與傳統火鍋（右），都是無菌操作的常見場景。
（FB 粉絲專頁「真的生科隨筆」，上升氣流無菌操作鍋！）

透過這個方式，我們能將各種微生物在沒有其他微生物汙染的情況下分離、純化，並觀察它們的特徵。

除了在顯微鏡下擺拍、觀察大小形狀，還可以用它們的生理特性來分類，例如醫院裡常用來鑑定革蘭氏陰性菌種類測試的「生化八管」。

這八管的基本原理，如同我們區別草食、雜食、肉食性動物的方法，是根據細菌「飲食習慣」作分類。它吃什麼糖？吃檸檬酸嗎？尿素咧？離胺酸吃不吃？你可能會拋出諸如此類的問題。表一簡單列舉生化八管的「餐點」內容。

表一｜生化八管的餐點內容（即 「培養基」）

人體腸胃道溫度大約是 35℃，所以在檢驗腸胃道細菌的過程中，培養溫度也是 35℃。另外，培養時間約為 18～ 20 小時，如果在 5 點下班前為微生物「送餐」，隔天早上就能觀察了。其後，我們再透過 GNB-14（GNB 革蘭氏陰性菌，14 種生化特性） 〔註〕電腦密碼鑑定系統判斷菌種。

〔註〕藉由生化八管得到 14 種生化反應，轉換為 5 個數字的菌碼，再查閱 GNB-14 密碼表，可輔助判斷葡萄糖發酵性菌和非發酵性革蘭氏陰性桿菌。

微生物演化的隱形劇場
談突變與品系消長的不可見性

發酵魔法需要「打造固定培養條件」，培養單一品種的微生物也是如此 。 然而，無論環境條件控制得多嚴格，生物就是一個不穩定的存在 。 幼時長輩曾說過一個故事：「大學的微生物學教授在學期初給班上每位同學一盤細菌，要大家持續培養到學期末。最後每個人的菌看起來都不一樣，因為細菌一直都在突變。」

以大腸桿菌（Escherichia coli）為例，培養進入停滯期（stationary phase）時 ， 會有一部分菌進入「堅守狀態」（persistent）。它們像得道高僧那樣不吃、不喝、不繁殖，把資源都讓出來，好讓其他的菌瘋狂吃喝、繁殖、衰老並死亡。最終，「高僧」菌得以在環境出現抗生素時活下來並延續族群，其他「普通人」菌則在頻繁的世代交替中，催生出各種突變品系。

值得注意的是，上述同菌種品系間的消長關係屬於 DNA（deoxyribonucleic acid，去氧核醣核酸）層面的微小變化，光用「生化八管」是察覺不出來的。同菌種的族群裡會出現某品系的盛衰現象，畢竟微生物所處的生存環境，變動比我們人類所面對的要更劇烈得多，所以能夠活下來的都是一時之選。微生物適應環境變化的快慢程度不一，這部分就得利用高通量定序法（效率高，且能同時定序大量 DNA 或 RNA 序列的技術）把它們一一分辨出來。

微生物的種類當然遠不止於此，只是這方法能夠快速區分病原菌，好讓我們針對單一品種儘早選擇可行的治療方法。

微生物魔法，START ！

生物生長需要「能量來源、碳源、氮源」這三個條件，微生物也不例外。當我們對微生物的生態有基礎認識後，就能來玩實境「魔法」（發酵）了。食衣住行中，微生物發酵無所不在。舉凡美味的發酵食品，紅茶、楊桃汁、臭豆腐、麵包、優格、起司、衣服上的靛青藍染、房子底下的化糞池、交通工具用的生質柴油等都有它們的蹤跡。就連院子的盆栽植物、家裡的魚缸中也住著光合菌。

這裡的光合菌，是「紫色不含硫細菌」（purple nonsulfur bacterium）的簡稱，當中最常被純化出來使用的是一種名為沼澤紅假單胞菌（Rhodopseudomonas palustris）的固氮細菌，目前大量應用於農作物（例如火龍果、番茄）與水產養殖（例如龍虎斑、午仔魚），可在臺灣的氣候與溫度下輕易自行培養。

而隨便一個水塘，都有很高的機率找到沼澤紅假單胞菌，只是因為它平時生長緩慢，所以很難成為優勢菌種。這時候就要利用我們對它的了解，來將它從環境中召喚（培養）出來了！但召喚是有條件的，這可不是什麼蝙蝠的翅膀或蜥蜴的尾巴。自然情況下微生物們都混雜在一起，當我們想從中「召喚」出特定微生物時，就得投其所好，為它們量身訂做「魔法陣」（固定培養條件）。

沼澤紅假單胞菌雖然生長緩慢，但適應性非常強；環境有氧的時候可像我們一樣行呼吸作用，缺氧時則轉而吸收光能，藉以產生能量。尤其後者，那可是大部分細菌都做不到的事，所以我們就利用這點為它「開一扇門」。

首先確定缺氧光照的條件，接著調配養分。

大部分的微生物在缺氧情況下 ， 只要有糖類可用，就會行發酵作用生長，並產生二氧化碳或甲烷。雖然同樣條件下，沼澤紅假單胞菌也會行發酵作用生長 ， 但是因為生長速度不及其他微生物，所以不能拿糖類當作召喚養分 ，不然你只會召喚出那些吃糖吃得快的怪物們。

那怎麼辦？我們可以提供「難以發酵」的胺基酸（amino acids），最好還能搭配沼澤紅假單胞菌在缺氧光照下的條件。麩胺酸（glutamic acid）對沼澤紅假單胞菌來說，既能作為碳源，也能作為氮源。即使它長得慢，但只要其他微生物無法在相同條件下順利生長，就能把它篩選出來。剩下的就是一些酵素作用所需的微量元素，例如鐵離子等，可從自然發酵的魚露中取得。

到這裡，我們的「魔法陣」就決定是缺氧、光照、味精（麩胺酸）和魚露了。底下是筆者到中興湖採樣、培養光合細菌的流程，大家可以參考看看。

接下來，要趁著紅光合菌還算多的時候（菌相有振盪性）取出一些，再用相同的固定培養條件培養，就能漸漸地養出大量光合菌囉！

於中興湖採樣、培養光合細菌的流程 （作者提供）

 1. 準備空瓶與樹枝

2. 找一個水塘

3. 用樹枝攪混水塘

4. 連泥帶水裝（微生物很輕，會在懸浮起來的泥沙中。）

5. 裝好後就像這樣，有葉子的話再去掉就好。

6. 泥沙會沈澱是正常現象。

7. 全部倒入寶特瓶中。

8. 瓶蓋中間的小槽裝滿味精（約 1 克），倒入寶特瓶。

9. 瓶蓋中間的小槽裝滿味精（約 1 克），倒入寶特瓶。

10. 用自來水將液面捕到瓶頸處，以減少空氣。

11. 經測試，這樣子的培養基pH值約為7.2，適合光合細菌生長。

12. 筆者另外準備一只寶特瓶，注入自來水、等量魚露、味精、實驗室光合細菌，作爲對照組。

13. 放到室外陰影處靜置一週後，左邊對照組明顯長出紅色的光合菌。

14. 放到室外陰影處六週後，右邊的中興湖泥組也發紅了。

與微生物共舞的未來

不同環境條件下適合生長的微生物不一樣，搭配無菌操作便能選擇自然界的各種微生物，研究其特性並加以利用。

當然，微生物並非全然對人類有益，致病微生物便是如此。一但我們的免疫系統失衡，環境中又不巧有病菌存在，就有機會感染足癬、甲癬（onychomycosis，俗稱灰指甲）、 蜂窩性組織炎（cellulitis）、 牙周病（periodontal disease）等問題。

病原體固然無所不在，但只要具備足夠的知識，就懂得「改變微生物的生長環境」以避免病原體增生，甚至進一步增加對我們身體有益的微生物量。舉凡打掃環境、保持足部乾爽、睡前刷牙、規律睡眠等老生常談的衛教觀念，以微生物學的角度來說都是正確的，每項都是與這個世界存在已久的微生物們和平共處的法則。