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對咖啡因上癮的大腸菌

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王道還｜中央研究院歷史語言研究所助理研究員

甲基黃嘌呤（Methylxanthines）是常用的氣管擴張劑，能鬆弛支氣管和肺血管的平滑肌、刺激中樞神經、利尿、刺激胃酸分泌、抑制子宮收縮，對心臟收縮與心搏也有輕微增強作用。我們最熟悉的甲基黃嘌呤是咖啡因，咖啡因家族分子已廣泛使用在食物與飲料中。結果，這些化學分子成為人群聚居地區排放的廢水中最常見的汙染物質，都市附近的溪、河、湖表層很常見。因此，咖啡因可以當作人因環境衝擊的指標分子。

咖啡因對許多生物都有毒。咖啡因汙染會改變自然界細菌社群的組成，抑制某些植物的發芽與發育。咖啡渣富含碳水化合物、蛋白質及其他營養物質，但是不適合做為農業與生物燃料的原料，就是因為其中有咖啡因。因此研發去除咖啡因的技術，把汙染物轉化成有用的原料，是當務之急。而咖啡因家族分子並不全部都是神經興奮劑，有的可以治療氣喘與早產嬰兒的睡眠呼吸暫停症狀，要是能開發出便宜的方法分解咖啡因家族分子，還可能降低開發新藥的成本。

有些研究團隊已經在土壤微生物中找到能夠利用咖啡因分子的細菌，牠們把咖啡因當做碳、氮的來源，細菌Pseudomonas putida（CBB5）是其中之一。牠們分解咖啡因分子的機轉涉及4個基因，但是這種細菌消化咖啡因的效率並不高。

於是美國德州大學、愛荷華大學組成的團隊把那4個基因轉殖到大腸菌中，因為大腸菌是學界熟悉的細菌，容易操控。不過這個想法聽來容易，實行起來卻很困難。第一，必須先找出自然分解者CBB5消化咖啡因分子的整套機轉。第二，還要確定那套機轉在大腸菌裡也能運作。因為每種細菌的細胞質都自成一個小宇宙，同一套機制在不同的細胞質中未必能同樣運作。

總之這個團隊成功了。他們製造出一種大腸菌，對咖啡因分子的癮頭特別大，消化效率非常高。這種大腸菌可以當作偵測咖啡因分子的偵測器，因為牠們只能在含有咖啡因分子的培養基上生長。

資料來源

《科學發展》2013年5月，485期，74 ~ 77頁

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