微生物學

塑膠對環境危害甚深，雖已有研究證實部分昆蟲可降解塑膠類的聚苯乙烯（PS），但關於聚丙烯（PP）的生物降解研究很少，也沒有進一步透過腸道菌相分析，鑑定出負責降解的菌種。因此我們希望利用麵包蟲生物降解PP，透過16S rRNA定序分析找出可降解PP的潛力菌種，解決塑膠垃圾對環境造成的傷害。我們的實驗結果顯示，麵包蟲能攝食PP並生長，且加入濕料及利用糞便移植腸道菌相能增加麵包蟲對PP的消耗量，證明麵包蟲能攝食PP與腸道菌相有關。利用次世代基因定序分析腸道菌相，麵包蟲攝食PP後腸道菌相有極為顯著的變化，其中腸道菌Pseudomonas stutzeri顯著增多，經實驗證實此菌可降解PP，且在37oC、中性環境的降解效果較佳，一星期約降解3.4 %的PP。我們所使用的方法可快速篩選出能降解PP的菌種。

組蛋白脫乙醯基酶 (HDAC) 會調節染色體結構，提升基因表現。除了調控基因表現以外，HDAC基因家族中的 I 類已知有調節細胞週期的功能，但 II 類調節細胞週期之研究甚少。而癌症臨床用藥HDAC抑制劑會同時阻斷 I 和 II 類之功能而產生副作用。因此本研究以釀酒酵母為對象，分析 I 類的RPD3、 II 類的HDA1基因對細胞週期之影響，以及HDAC基因剔除菌株在面臨DNA複製壓力時的變化。結果顯示同時失去 RPD3 、HDA1 基因的菌株 S 期檢查點功能損壞、細胞滯留於 G2/M 期，且在DNA複製壓力環境下死亡。爲釐清此菌株死亡的原因，實驗剔除在S期和G2/M期皆具調節功能的 MAD2 基因。得知 HDAC 基因和 MAD2 在S期的DNA複製起步期分別調控不同路徑；在DNA複製衝刺期則調控同一路徑。也發現RPD3 基因在維持細胞S期檢查點正常作用扮演較重之角色，而 HDA1 則扮輔助的功能。

I first found out about the Young Scientist competition last year, in 2021. I thought it was an interesting and challenging opportunity; something that could take students out of their comfort zone. I researched for some inspiration online and found a website with all the different types of project ideas. While reading about the experiments, I stumbled upon a project relating the music to bacterial growth. It sounded ridiculous at first, but I soon realized it was the right project for me. It intertwined music and biology- form of art I’ve been involved in since the age of 9, and one of my favorite subjects and a field I want to work in in the future.

我們研究自黑液污染土壤篩選出的Nocardiopsis（擬諾卡氏菌）菌落環狀紋路的成因，發現環狀紋路形成具有遺傳性且可能是基因變異產生。在低營養濃度（Tryptone濃度小於1g/L）條件下，菌落紋路明顯，推測是由於基層菌絲無法取得足夠養分供給氣生菌絲，氣生菌絲無法生長，直到基層菌絲往外拓展至有足夠的營養物質的區域，氣生菌絲才再次開始生長，因而產生一環一環的不連續生長帶。 此外我們發現多個Nocardiopsis菌落之間，會因抑制物質作用產生間隙，此間隙大小受營養物質濃度、菌落間初始距離、周圍菌落數目的影響，且其機制與形成環狀紋路的機制並不相同，可能與菌落間偵測感應等複雜機制有關。我們萃取此抑菌物質送液相層析串聯質譜儀（LC-MS/MS） 鑑定其成分，發現抑制物質可能是Streptogrisin C或其他非蛋白質物質。深入研究Streptogrisin C的濃度與抑制Nocardiopsis生長的關係，以及其他抑制物質的可能性是我們未來的研究方向。

前人以含農桿菌 C58（Agrobacterium tumefaciens C58）土壤接種番茄小苗後，發現有些番茄未產生腫瘤，故推測其土壤根圈中，有能抑制農桿菌 C58的細菌。本研究從番茄小苗根圈分離並純化培養細菌，再透過抑制圈實驗測試分離菌。結果發現分離株YA7-1，有顯著抑制農桿菌 C58的效果，進而測試其他農桿菌菌株。結果顯示YA7-1對多種農桿菌具拮抗能力，且不同於現行的生物防治菌農桿菌（Agrobacterium radiobacter K84 and K1026）有高選擇性限制。定序其16S核糖體核糖核酸基因片段，序列比對為節桿菌屬（Arthrobacter）。經由接種試驗得知YA7-1對番茄沒有致病力，且預先接種於根部時，可降低土壤中農桿菌誘導腫瘤的機率。測試YA7-1對其他植物病菌及非病原微生物的抑制效果，發現YA7-1具有廣效性的抑菌能力。藉由分析培養液上清夜的實驗可得知YA7-1的抑菌因子為分泌物質。完成YA7-1全基因體定序後，找到四種可能被YA7-1分泌且具有抑制性的次級代謝物。未來將繼續找尋YA7-1的抑菌物質與機制，來完善對根癌農桿菌或其他植物病原菌的生物防治。

研究發現食用醃漬食品能夠讓腸道菌相平衡、提高免疫力、降低血脂血壓等。科學家們從這些食物中分離出乳桿菌（Lactobacillus）、鏈球菌（Streptococcus）和明串球菌（Leuconostoc）等。本研究希望從醃漬食品中分離出能夠維持腸道健康的益生菌。首先，我們從台北的傳統市場收集醃漬食品，利用選擇培養基分離細菌。通過PCR確認為乳桿菌屬後，測量他們的胞外多醣產量。我們發現菌株1-1、 3-2、 3-4、 3-6-2、和 3-8能夠在含有低酸和膽鹽的環境生存，並測試他們對人類胃細胞的毒性。在MOI=10的情況下，所有菌株都能維持細胞80%的生存率。但是，菌株1-1、 3-2、 3-4、 3-6-2、和 3-8的細胞貼附能力非常弱。除此之外，我們發現菌株PV15、 1-1、 3-2、 3-4、 3-6-1、 3-6-2、和 3-8的上清液能小幅度地抑制大腸桿菌生長能力。未來，我們希望能進行腸道細胞的實驗（CACO-2），並利用動物來檢測菌株維持腸道健康的能力。

部分COVID-19的確診者及未感染的民眾有服用清冠一號的需求與經驗，並且大部分民眾出現腹瀉的狀況。因此，我們想了解服用清冠一號是否會對腸道菌相造成影響，以及停用後腸道菌相是否會恢復為未服用前的樣子。本研究設計連續管餵小鼠清冠一號5天，在這5天期間及停止管餵5天後測量小鼠的體重與採集糞便檢體。以此實驗來探討服用清冠一號前、中、後，小鼠的腸道菌相變化。我們發現，服用清冠一號期間小鼠的腸道菌豐富度及多樣性降低，而停止管餵5天後，整體的腸道菌組成趨向服用清冠一號前，並且豐富度及多樣性也有恢復；在體重方面，管餵清冠一號第1天後，體重下降最為明顯，停止管餵後，體重逐漸上升。