趣味微生物：發酵與釀造、疾病與新藥研發……存在你我身邊看不見的菌類病毒大解密！

PART1 微生物究竟是什麼樣的生物？

細菌和病毒都是微生物的同類？
細菌雖然稱不上是生物，卻擁有生物的特徵
細菌當然是微生物。如前文所述，在微生物的世界裡，說細菌占有重要地位可是一點也不為過。
另外，為全球帶來震撼，無人不知無人不曉的冠狀病毒等病毒，除了是造成我們生病的原因外，更與細菌齊名眾所皆知。
這篇會跟各位聊聊病毒。那麼，病毒究竟是什麼？
病毒個體和一般生物不同，不算是細胞。牠也沒辦法自我增生，因此稱不上是生物。不過，病毒卻具備幾個生物特徵，像是擁有核酸（DNA或RNA其一）與蛋白質。另外，病毒遠比細菌來得小，如果說細菌的大小是1µm左右，那麼病毒是數十～數百奈米（nm）。1nm是1mm的10萬分之1。也因為病毒實在太小，所以無法用一般顯微鏡觀察。
病毒也帶有基因，病毒基因有可能是寫入DNA或RNA任一項，並依照寫入的項目分成DNA病毒或RNA病毒。
另外，包覆住核酸的部分稱為衣殼，由蛋白質組成。基本上，病毒擁有的基因都會受到蛋白質形成的衣殼所保護。部分病毒的外圍甚至還會有一層名為封套（envelope）的膜狀結構。冠狀病毒屬於RNA病毒，身上帶有封套。肥皂能夠破壞封套結構，這也是為什麼我們可以藉由用肥皂洗手，有效消除病毒的傳染力。
遭病毒感染時，病毒表面的特殊蛋白質會與我們細胞表面的蛋白受體結合。如果受體與帶有病毒的蛋白質類型不符，則不會引起感染。這也是為什麼動物種類不同，就不會被感染，最後病毒會被細胞吸收。
接著，進入細胞的病毒衣殼會分解，釋放出基因。這時病毒會利用感染細胞的核酸複製能力，形成大量病毒核酸。而增加的病毒基因會繼續生產許多能構成衣殼的蛋白質。
我們的細胞只能以DNA複製DNA，或是DNA轉錄傳訊RNA（mRNA）的方式增加核酸。不過，RNA病毒必須先將RNA反轉錄回DNA，才能在我們的細胞內增加核酸。這是因為RNA病毒具有名為反轉錄酵素的特殊酵素基因。

微生物會製造氧氣？
會製造氧氣的微生物叫作藍綠菌
現在的地球表面有大氣層，包含了78%的氮氣、21%的氧氣，還有大約0.03%的二氧化碳。不過，其實原始的地球幾乎沒有氧氣，大氣層充滿了二氧化碳、鹽酸、二氧化硫、氮氣等氣體。
這樣的地球為什麼會開始形成氧氣呢？是因為35～27億年前出現了會製造氧氣的細菌。在這個細菌的作用下，氧氣開始注入大氣層，並在非常久遠的後世，誕生了我們這群吸取氧氣維生的生物。
這個負責製造氧氣的細菌叫作藍綠菌。藍綠菌是唯一能和植物一樣，行光合作用產生氧氣的細菌種類。藍綠菌行光合作用的同時，還會吸收二氧化碳，產生糖分來製造自己的身體。
會行光合作用的細菌裡，其實還有一種不會產生氧氣的類群，叫作光合成菌。藍綠菌和光合成菌是完全不同類型的細菌。目前認為，遠古時代的藍綠菌應該是在淺海中曬著日光浴，靠著邊產生氧氣，邊行光合作用的方式繁殖，且是從前寒武紀開始就一直持續著這樣的狀態。
藍綠菌雖然是單細胞生物，卻也能在數個細胞結合的狀態下繁殖。這時會形成名為疊層石（Stromatolite）的塊狀物。有些疊層石會直接變成化石，出現在世界各地過去曾是淺海的地點。目前澳洲西部的鯊魚灣（Shark Bay）還有活的疊層石，裡頭存在著藍綠菌。此處也於1991年登錄為聯合國教科文組織的世界遺產（自然遺產）。
多虧了氧氣的形成，地球開始出現各種變化。以鐵礦為例，溶於海中的鐵和藍綠菌產生的氧氣起反應，形成氧化鐵。氧化鐵就是生鏽的鐵，而這些鐵於海中大量堆疊，形成縞狀（條狀）。接著又發生地殼變動，於是這些堆疊物露出地面，成了鐵礦礦山。真是多虧了藍綠菌，我們才有辦法取得如此大量的鐵礦。
現在的我們如果沒有氧氣可是活不下去，不過，很久以前大海所產生的氧氣其實是劇毒，會氧化掉體內的各種成分。目前認為，為了將劇毒無毒化，許多細胞開始吸收氧氣，消耗養分，把氧氣轉換成二氧化碳與水，進而出現呼吸這項功能。

PART2 微生物和人類生活在一起是真的嗎？

面皰也是因為微生物在搞鬼嗎？
造成面皰的痤瘡丙酸桿菌既是好菌也是壞菌
面皰是一種名叫尋常性痤瘡的慢性發炎疾病，也被認為是青春的象徵。有報告指出，10多歲的人有9成以上都曾長過面皰。這是因為進入青春期後會出現第二性徵，改變荷爾蒙平衡。毛孔深處的皮脂腺開始分泌大量皮脂，一旦皮脂過多或毛孔堵塞，就會使毛囊皮脂腺中已大量存在且會造成面皰的細菌繁殖。
會造成面皰的細菌為痤瘡桿菌（Cutibacterium acnes），過去的名稱為Propionibacterium acnes，但最近經過基因序列分析後，變更了分類項目，現今多以Cutibacterium acnes稱之。
這是一種皮膚的常駐菌，存在於全身，痤瘡桿菌特別愛臉部、背部、頭部等皮脂分泌旺盛的部位，每１平方公分大約存在10萬～１百萬個痤瘡桿菌。就算沒有長面皰的人也會存在痤瘡桿菌。
痤瘡桿菌在有氧的地方也能生長，不過實際上是被歸類為喜愛無氧環境的兼性厭氧菌。痤瘡桿菌會分泌一種能夠分解脂質，名叫脂肪酶（Lipase）的酵素，這種酵素能分解皮脂裡的脂質，產生游離脂肪酸。這種游離脂肪酸和代謝產物的丙酸其實會使皮膚表面的pH值下降，維持酸性，以抑制皮膚表面的病原菌增生。不過，一旦痤瘡桿菌在毛孔這類密閉空間大量繁殖，游離脂肪酸以及來自痤瘡桿菌的補體活化因子和化學性趨化因子都會讓發炎情況加劇，使面皰變嚴重。
另外，目前我們也已知痤瘡桿菌和心內膜炎、敗血症、類肉瘤病等疾病相關。
所以，痤瘡桿菌雖然是能為我們的身體形成屏障的夥伴，卻也是會使我們的身體失衡、造成負面影響的壞蛋。

從大便的顏色和形狀就能知道健康狀態是真的嗎？
健康的便便介於土黃色～咖啡色，形狀像香蕉
大家每天都有排便嗎？
排便時，不妨看看自己便便的形狀，因為有時候可以看出腸內細菌的狀態與健康與否。
我們以前都認為，吃下肚且無法消化的食物會變成大便排出體外，不過現在發現，大便裡除了有水分，絕大部分都是腸壁細胞的屍體和腸內細菌，所以大便的顏色跟形狀就成了能顯示腸內細菌狀態與腸道環境的指標。
食物從小腸移動至大腸時仍為液體狀，且會持續4～15小時。變成糊狀後，會接著變成半固體狀，這個過程大約會花費15～38小時。從半固體狀變成固體狀則需12～24小時。進入大腸後，會花費整整1天甚至長達3天的時間緩慢移動。
一般而言，大便的顏色介於土黃色～咖啡色。這個顏色來自於十二指腸分泌的黃褐色膽汁。腸內細菌代謝膽汁後，大便就會變成咖啡色。若大便介於黃色～黃褐色，則表示體內的好菌處於優勢。
好菌（乳酸菌等）夠活躍的話，又會產生有機酸，讓大腸的pH值維持弱酸性，這時就能抑制膽汁分泌，大便顏色就會偏黃。
若壞菌表現較強勢，腸內pH值就會上升，那麼弱鹼性的環境會使大便顏色帶黑。這時就必須確認蛋白質是否攝取過量。
另外，出現綠色大便有可能是罹患急性腸胃炎，紅色的話則有可能罹患大腸癌，黑色的話就要懷疑腸道是否出血。大便的形狀也很重要。健康的大便會像香蕉一樣，軟度適中，且排出時為完整條狀。
出現腹瀉的話就要懷疑是否為傳染病。若大便是很硬的球狀，那就有可能是膳食纖維不足或壓力造成。
健康的腸道才能排出健康的大便。腸道要健康，就必須擁有健康的腸內細菌。多注意飲食與壓力，增加肚子裡的優質微生物，才能過上健康生活。

PART3 為什麼發酵能讓食物變美味？

為什麼葡萄酒、啤酒、日本酒都是發酵製成？
葡萄酒的發酵方法和啤酒、日本酒的發酵方法不同
葡萄酒、啤酒、日本酒都屬於釀造酒。這些酒類皆是將原料發酵製成，不過使用的原料不同，作法也有差異。
如果是葡萄酒這類以葡萄為原料的酒類，那麼葡萄裡會含有葡萄糖與果糖。這類植物會結出甜美果實，吸引鳥類前來食用，讓種子得以被帶到遠處，留下子孫後代，所以果實必須夠甜、夠香。
反觀，啤酒與日本酒的情況就不太一樣了。啤酒的原料是麥芽，日本在製造啤酒時可能會添加少許的米，不過兩者都是穀物。日本酒的原料是米，米是穀物。穀物跟果實不同，稻粒外圍沒有甜甜的果肉。葡萄的種子相當於米、麥。
種子為了繁衍下個世代，會努力發芽，讓芽冒出來。把種子放在脫脂綿上，只要澆水就能發芽。不過，仔細觀察會發現，種子裡頭根本塞不進長長的根莖和大片葉子，所以種子發芽後會再長出新的根和芽。
發芽需要很多能量，這些能量來自於麥或米所含的澱粉。澱粉是由數萬，甚至數十萬個葡萄糖結合而成的巨大分子，本身並不甜。咀嚼飯的時候會逐漸變甜，是因為唾液的澱粉酶分解了澱粉，讓巨大的分子不斷變小。
酒精發酵需要用到酵母，不過酵母無法吸收掉大分子的澱粉。所以必須先分解澱粉，將澱粉轉換為葡萄糖或麥芽糖，而這個過程名叫糖化。
先糖化再發酵，或是直接將原料發酵，釀造方法本身也有很大的差異。以葡萄酒來說，直接用酵母將果汁原料發酵的作法名為單發酵，製成的酒叫作單發酵酒。啤酒、日本酒這類需要糖化、發酵兩個步驟的酒則稱為複發酵酒。

為什麼會用醋酸發酵製成醋？
藉由醋酸菌的力量把酒精發酵得到的酒變成醋
各位知道醋的原料是什麼嗎？
其實是酒精喔。常見的醋有穀物醋、米醋、蘋果醋，製造醋時，會先將這些原料行酒精發酵，做成酒。接著讓這些原料做成的酒長出醋酸菌，轉化成醋。穀物醋或米醋會使用麴，藉由麴菌的澱粉酶把貯藏澱粉分解成葡萄糖，或是透過麥芽酵素分解成麥芽糖與葡萄糖。另外，還可以單獨萃取出這些糖化酵素做使用。
酵母吸收了酵素作用所產生的葡萄糖或麥芽糖後，就會進行酒精發酵。接著，再把名為種醋的醋酸菌培養物加入過濾好的酒精發酵液中。種醋的作法包含了純粹培養，以及使用製造醋時留下的優質發酵醪。用來製造食用醋的醋酸菌主要為Acetobacter aceti和巴斯德醋酸桿菌（Acetobacter pasteurianus）。
製造蘋果等水果醋時，會先將果實榨成汁，添加酵母，進行酒精發酵後製成水果酒。接著再把醋酸菌加入水果酒中，進行醋酸發酵，就能變成水果醋。如果是葡萄醋（酒醋），那麼會先取得葡萄酒再進行醋酸發酵，所以和葡萄酒一樣，可以分成紅酒醋或白酒醋。
另外還有一種源自中國的古老製醋法，名叫甕醋。作法是先將蒸米、麴、水放入甕中，再以名為撒麴的方式，讓乾燥的麴浮在液體表面。蓋上蓋子，排列於日照良好處。這時液體表面會開始繁殖麴菌，覆蓋液面，並藉由繁殖的麴菌酵素展開糖化。在酵母的作用下會產生酒精，最後在醋酸菌的幫助下轉化成醋酸。若是一直使用相同的壺甕，酵母與醋酸菌就會棲息在容器裡，後續就無需再刻意添加菌類。這個方法是讓糖化、酒精發酵、醋酸發酵在同一個容器中同時進行。
製造醋的時候還會形成一種同屬醋酸菌，名為木質醋酸菌（Acetobacter xylinum）的有害微生物。木質醋酸菌會製造醋酸，卻也會分泌出一層厚厚的纖維素，不僅減緩醋酸的生成速度，甚至會分解掉好不容易形成的醋酸。由木質醋酸菌形成的纖維素膜其實就是椰果。這個纖維素名叫細菌纖維素（Bacterial cellulose），遠比植物的纖維素細緻，能夠製成非常薄且堅固的纖維片，目前人們也正在研究各種利用方法。

PART1 微生物究竟是什麼樣的生物？

細菌和病毒都是微生物的同類？
細菌雖然稱不上是生物，卻擁有生物的特徵
細菌當然是微生物。如前文所述，在微生物的世界裡，說細菌占有重要地位可是一點也不為過。
另外，為全球帶來震撼，無人不知無人不曉的冠狀病毒等病毒，除了是造成我們生病的原因外，更與細菌齊名眾所皆知。
這篇會跟各位聊聊病毒。那麼，病毒究竟是什麼？
病毒個體和一般生物不同，不算是細胞。牠也沒辦法自我增生，因此稱不上是生物。不過，病毒卻具備幾個生物特徵，像是擁有核酸（DNA或RNA其一）與蛋白質。另外，病毒...

微生物世界其實與人類有著非常緊密的關係。人類自史前時代起便在經驗的累積下，將微生物運用在發酵和釀造上，使生活變得更豐富。
然而，微生物引起的各種傳染病卻也一直對人類帶來威脅。因為肉眼看不見微生物，所以以前的人會覺得是種威脅。這也使得人們認為釀造、發酵是老天爺贈與的賞賜，生病則代表神明在憤怒，是鬼魂及惡魔在搞怪。如果以前的人知道這些眼睛看不見的神明、惡魔、鬼魂其實是如此微小的生物，不知會做何感想？人們察覺微生物的存在至今約160年。不過現在還是能看見許多新發現，可說是一門極深的學問呢！
在大學開了微生物課程、做了微生物的研究後，開始有機會與一般民眾或國高中生聊聊微生物。發現原來有些人也會認為「微生物的世界真有趣」。我自己在研讀或聽聞微生物最先進的研究成果後，同樣有著微生物果然厲害的想法。
近來，人們發現了許多與全世界息息相關的重大新知，而這些發現與地球本身及生命歷史都有極深的關係。我會接受本書的撰寫邀約，就是希望能讓讀者們更了解微生物的世界。
微生物棲息在每個地點、每個角落，會在各種場合，甚至是你我未察覺的情況下為人類發揮自己的功用，當然牠們也會胡作非為。非常期待各位能透過本書了解這些道理。國高中生的讀者們若能在閱讀後，開始對微生物世界感到興趣，那麼對我而言更是莫大的榮幸。所以，我試著以輕鬆易懂的文筆，將「微生物學」當作是一間食堂，把其中的知識比擬成各種料理與解說，從微生物學的歷史、發酵與釀造、疾病與環境的關聯逐一介紹。各位在閱讀後，如果對其中任一項目感到興趣，希望更深入了解的話，那麼可以參考其他為一般讀者撰寫、內容更專精的科普類書籍或專業叢書。
最後，要非常感謝日本文藝社書籍編輯部坂將志先生的邀稿，以及被截稿日搞到雞飛狗跳的エディテ100米田正基先生，感謝您們願意承接辛苦的編輯作業。另外，還要由衷謝謝負責插畫與設計的室井明浩先生。

微生物世界其實與人類有著非常緊密的關係。人類自史前時代起便在經驗的累積下，將微生物運用在發酵和釀造上，使生活變得更豐富。
然而，微生物引起的各種傳染病卻也一直對人類帶來威脅。因為肉眼看不見微生物，所以以前的人會覺得是種威脅。這也使得人們認為釀造、發酵是老天爺贈與的賞賜，生病則代表神明在憤怒，是鬼魂及惡魔在搞怪。如果以前的人知道這些眼睛看不見的神明、惡魔、鬼魂其實是如此微小的生物，不知會做何感想？人們察覺微生物的存在至今約160年。不過現在還是能看見許多新發現，可說是一門極深的學問呢！
在大學開了微生...

前言

PART1 微生物究竟是什麼樣的生物？
01 微生物是肉眼看不見的生物嗎？
02 微生物是怎樣的生物呢？
03 酵母菌、黴菌和蕈類是微生物嗎？
04 細菌和病毒都是微生物的同類？
05 微生物明明小到看不見，怎麼會是「巨大生物」呢？
06 微生物會製造氧氣？
07 微生物為什麼會想要變小呢？
08 微生物能活在各種環境嗎？
09 我們一直在發現新的微生物？
10 是誰發現微生物的呢？
專欄 顯微鏡的起源之說

PART2 微生物和人類生活在一起是真的嗎？
01 身體裡有常駐菌是真的嗎？
02 微生物會製造體味是真的嗎？
03 洗澡時用力搓身體有害皮膚是真的嗎？
04 腸內的細菌數多達１百兆個是真的嗎？
05 腸道相當於「第２大腦」是真的嗎？
06 蛀牙和牙周病的凶手都是微生物是真的嗎？
07 面皰也是因為微生物在搞鬼嗎？
08 足癬和金錢癬都是微生物害的嗎？
09 念珠菌感染也是因為微生物嗎？
10 從大便的顏色和形狀就能知道健康狀態是真的嗎？
11 據說屁的成分多達４百種是真的嗎？

PART3 為什麼發酵能讓食物變美味？
01 為什麼葡萄酒、啤酒、日本酒都是發酵製成？
02 為什麼葡萄酒是用單發酵製成？
03 為什麼啤酒是以單行複式發酵製成？
04 為什麼日本酒是採用並行複式發酵？
05 為什麼麴菌能做出味噌和醬油？
06 為什麼會用醋酸發酵製成醋？
07 為什麼會用乳酸發酵製作起司？
08 為什麼乳酸菌會讓優格變酸？
09 為什麼巧克力是發酵食品？
10 為什麼會說多虧了微生物才能有柴魚？
11 為什麼世界上到處都有發酵食品？
12 為什麼發酵讓人類飲食生活更豐富？
13 是誰發現微生物的功用？

PART4 哪種微生物會引起疾病？哪種微生物又能治癒疾病？
01 「發酵」和「腐敗」的差別在哪裡？
02 世界上殺死最多人的微生物是什麼？
03 讓歐洲３次淪陷地獄的鼠疫桿菌是什麼？
04 能預防傳染病的疫苗是什麼？
05 過去也曾現蹤日本的瘧疾是什麼？
06 直到今日也很可怕的傳染性結核病是什麼？
07 O157型這類病原性大腸桿菌是什麼？
08 會引起食物中毒的微生物是什麼？
09 會引起食物中毒的病毒是什麼？
10 會引起嚴重食物中毒的細菌是什麼？
11 會經由性行為感染的疾病是什麼？
12 世界逾半人口都有感染的幽門桿菌是什麼？
13 因為黴菌所引起的疾病是什麼？
14 母親會傳染給嬰兒的疾病是什麼？
15 兒童容易罹患的傳染病是什麼？
16 貓狗寵物會傳染給人類的疾病是什麼？
17 拯救人類的抗生素是什麼？
18 可望被作為新藥的微生物是什麼？
19 有助再生能源發展的微生物是什麼？
20 微生物會不斷現蹤的意思是什麼？

前言

PART1 微生物究竟是什麼樣的生物？
01 微生物是肉眼看不見的生物嗎？
02 微生物是怎樣的生物呢？
03 酵母菌、黴菌和蕈類是微生物嗎？
04 細菌和病毒都是微生物的同類？
05 微生物明明小到看不見，怎麼會是「巨大生物」呢？
06 微生物會製造氧氣？
07 微生物為什麼會想要變小呢？
08 微生物能活在各種環境嗎？
09 我們一直在發現新的微生物？
10 是誰發現微生物的呢？
專欄 顯微鏡的起源之說

PART2 微生物和人類生活在一起是真的嗎？
01 身體裡有常駐菌是真的嗎？
02 微生物會製造體味是真的嗎？
03 洗澡時用力...