大腸桿菌餓到快死時會出現類似「性」的 DNA 交換？ISTA 實驗室：頻率是自發突變的 100 倍以上

如果你一看到「抗藥性細菌」就覺得頭皮發麻，這篇值得你花三分鐘。奧地利科學與技術研究所（ISTA）的團隊發現，大腸桿菌在快要餓死時，會用一種類似「性」的方式交換 DNA，頻率超過自發突變的一百倍。研究刊登於《Molecular Biology and Evolution》。

細菌到底有沒有性生活

幾十年來的說法是：細菌靠二分裂無性繁殖，偶爾吃進環境裡的游離 DNA，或「水平」地把基因傳給鄰居。1990 年代起才陸續有證據指向某種原始形式的有性生殖。問題是，這件事到底多常發生？

博士後研究員 Pavel Payne 與教授 Călin Guet 在大腸桿菌身上找答案。Guet 說：「轉折點在於，細菌利用了 CRISPR-Cas，這是一套對抗噬菌體的防禦系統，後來成為基因編輯技術的基礎。」他接著說：「結果細菌竟然用這些病毒在彼此之間運送 DNA。接收端的細胞還能把這段 DNA 嵌進自己的基因組，再垂直傳給後代，這實際上就是性。」

病毒從殺手變成授粉的蜜蜂

專業說法叫「轉導」：噬菌體感染細菌、在裡面複製時，有機會不小心把一小段細菌 DNA 打包帶走，送進另一個細胞。講白話，就是病毒順手幫細菌跑了一趟快遞。

麻煩在於這種快遞通常以屠城收場，大多數新生病毒帶的是自己的基因組，會把沒抵抗力的族群清光。於是細菌演化出 CRISPR-Cas 瞄準噬菌體基因組。Payne 在博士階段就發現，細菌的免疫系統能形成「群體免疫」。團隊的比喻是：噬菌體對易感細胞是致命掠食者，對有免疫力的細菌卻成了事實上的授粉者，像昆蟲在花朵之間搬花粉。

一百倍，但基數本來就低

團隊強調，這類水平基因轉移在細菌族群裡的盛行率其實仍然偏低，但發生率是自發突變的一百倍以上。翻成人話：不是細菌天天在交換 DNA，而是比起等一個有利突變從天而降，走這條路快得多。有利突變本來就比有害突變少，又分散在不同個體身上，DNA 交換能把好牌湊成一手。

Payne 說：「性在自然界很普遍，因為它能加速適應。」他也提到，同一套機制「或許也能讓細菌把有害突變清出族群」。注意那個「或許」，這還不是定論。

餓肚子才啟動

最有意思的是時機。營養充足時細菌照常無性繁殖，這種類性的 DNA 交換要接近飢餓才出現，而且需要一個與飢餓反應相關的特定基因。Payne 說：「從演化角度看，有性生殖在壓力條件下特別有利。我們的發現顯示，大腸桿菌在飢餓壓力下可能採用了類似的 DNA 重組策略。」

對關注抗生素抗藥性的人，重點是：細菌重洗基因的速度，可能比我們假設的快得多。要說清楚的是，本研究測的是基因交換的頻率，並未直接檢驗抗藥性基因的傳播；來源提到，1940 年代發現、透過性線毛接觸的「接合作用」才是已知會傳遞抗藥性基因的途徑。但如果後續研究站得住腳，「讓細菌挨餓」這種聽來直覺的策略，說不定正好按到牠們加速演化的開關。

資料來源

原始報導：https://phys.org/news/2026-10-sex-dna-exchange-starving-bacteria.html（由 Institute of Science and Technology Austria 提供）

論文：Herd immunity underlies homologous recombination in stationary phase bacteria，第一作者 Pavel Payne，共同作者 Călin Guet，奧地利科學與技術研究所（ISTA），《Molecular Biology and Evolution》（2026），DOI: 10.1093/molbev/msag238