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對咖啡因上癮的大腸菌
甲基黃嘌呤是常用的氣管擴張劑,我們最熟悉的是咖啡因。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廢水中最常見的汙染物質。
 
 
 
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。
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