聽過「生物膜」（biofilm）嗎？「生物膜」也稱做「菌膜」，是一些微生物細胞由自身產生的物質（主要爲多糖）所包圍而形成，附著在浸有液體的惰性或生物表面。常見的生物膜包括了久未清洗的水槽表面的那層薄膜，以及牙齒的牙菌斑。細菌要形成生物膜，一定要先附著（attachment）在組織或儀器表面上，接著才能集結（一個拉一個），形成所謂的生物膜。細菌一旦形成了生物膜，對抗生素、清潔劑的抵抗力立刻提高數百倍。所以，要預防感染，防止細菌形成生物膜是非常重要的課題。細菌要如何在組織或儀器上附著呢？這就需要纖毛來幫忙了（fimbriae），不同的細菌有不同的纖毛系統，分別擔任不同的功能。
為了要瞭解細菌的纖毛系統對細菌附著在組織或儀器上擔任什麼樣的角色，慈濟大學醫學檢驗暨生物技術系的蘇伯琦教授與他的研究團隊，選擇研究克雷伯氏肺炎桿菌做為他們的中心議題。克雷伯氏肺炎桿菌（Klebsiella pneumoniae）為革蘭氏陰性菌，和大家常聽到的大腸桿菌（Escherichia coli）是親戚，同屬於腸桿菌科（Enterobacteriaceae）。克雷伯氏肺炎桿菌是我們口腔、皮膚、腸道的正常菌叢：也就是說，在這些地方，它可以相安無事地和我們共存。但如果它跑到其他器官，那就會引起嚴重的疾病，如：肺炎、尿路感染、肝膿瘍等。在台灣發生的化膿性肝膿瘍，由克雷伯氏肺炎桿菌引起的比例已經由1977年的三成上升到1996年的八成。在糖尿病病人中，更有超過九成的肝膿瘍都是由它引起。近年來隨著抗藥性克雷伯氏肺炎桿菌的增加，這個問題越來越讓人憂心。
克雷伯氏肺炎桿菌具有兩套纖毛系統，分別是第一型和第三型。與它的親戚大腸桿菌（一般只有第一型）比起來，克雷伯氏肺炎桿菌的纖毛系統要複雜得多了。為什麼克雷伯氏肺炎桿菌要擁有兩套纖毛呢？這兩種纖毛的功能有沒有不同？在甚麼情況下它要表現哪一種纖毛？目前已知的研究發現，當科學家們把第三型纖毛的基因剔除時，會大幅影響生物膜的形成；但第一型纖毛系統基因剔除時則不會產生明顯的影響。然而在某些環境下（如導尿管置入初期），剔除第一型纖毛系統和剔除第三型纖毛系統都會影響生物膜的形成。雖然還不清楚真正的原因，但目前普遍認為第三型纖毛主要幫助克雷伯氏肺炎桿菌附著在導管（例如導尿管）或組織的表面。而第一型纖毛則可以加強克雷伯氏肺炎桿菌菌體彼此之間的附著。雖說如此，但實驗室觀察也發現，克雷伯氏肺炎桿菌可以同時表現這兩套纖毛系統。
以免疫奈米金染色克雷伯氏肺炎桿菌的第三型纖毛。
為了要攝取環境中的糖，細菌具有多組的磷酸轉移系統（PTS，phosphoenolpyruvate (PEP)-dependent phosphotransferase system）。這些PTS以磷酸烯醇丙酮酸（PEP，phosphoenolpyruvate）為能量來源，不同的PTS負責攝取不同的糖：也就是說，不同的糖有其專屬的PTS。蘇伯琦教授的研究團隊目前在克雷伯氏肺炎桿菌中發現了一組新型的PTS，稱為EtcABC，可以調控第三型纖毛的表現。當蘇老師利用基因工程的技術，強迫克雷伯氏肺炎桿菌大量表現EtcABC時，它的第三型纖毛會大量表現，而第一型纖毛的表現變少。目前蘇教授已經透過基因剔除技術成功獲得不表現該PTS（ΔetcABC）的突變株，未來將利用這突變株來回答一些問題：（一）EtcABC到底負責運送哪一種糖類（是葡萄糖嗎）？它在克雷伯氏肺炎桿菌中是主要的葡萄糖攝取系統嗎？（二）為什麼比起非糖尿病病人，糖尿病病人的肝膿瘍有更高比例是由克雷伯氏肺炎桿菌所引起？
（撰文：葉綠舒、攝影：葉綠舒，蘇伯琦；參考文獻：Frontiers in Microbiology. 2019; 10: 1558.）