幫細菌分類的人──科恩誕辰｜科學史上的今天：1/24

• 作者／陳建仁、胡妙芬
• 繪者／Hui

不只人傳人，動物也會傳給人

通常，親緣關係比較遙遠的動物，不會互相傳染疾病，例如魚和人，魚的傳染病通常不會傳染給人。但是，親緣關係較接近的動物，就有可能傳染共通的疾病，像是豬和人同屬哺乳類，豬的流感就會傳染給人，這一類的傳染病就叫做「人畜共通傳染病」。

自古以來，動物會傳染給人的疾病就不少，常見的像是從狗傳染給人的「狂犬病」、從牛羊而來的「炭疽病」，或由豬、馬、家禽而來的「日本腦炎」。但隨著人類生活與活動方式的改變，像是大量的畜養家禽、家畜，或是常常入侵野生動物的棲息環境，使得近幾年來人畜共通傳染病有越來越多的趨勢。

很多造成大流行的傳染病，像是 SARS、H5N1 禽流感、A 型 H1N1 新型流感和 COVID-19，都是二十一世紀後才冒出來的新興人畜共通傳染病。

我們都是狂犬病受害者

親緣關係相近的動物，不但身體構造比較類似，目標細胞外的化學物質也比較相近，所以容易被同一種病原體入侵，而得到共通的傳染病。例如狂犬病是一種由病毒引起的急性腦膜炎，被感染後一旦發病，致死率幾乎 100%。但是會傳染狂犬病的不只是狗，許多哺乳動物像是浣熊、果子貍、蝙蝠、狐狸、貓，也都可能傳染。所以如果不小心被這些動物咬傷或抓傷，應該緊急到醫院施打狂犬病疫苗。家裡的寵物貓、狗也應該每年接種狂犬病的疫苗。

A 型流感也是人畜共通傳染病

在常見的流行性感冒中，B 型流感只能人傳人，而 A 型流感卻是人畜共通傳染病。

有時候 A 型流感確實比 B 型流感容易傳染，因為除了人類之外，還可以傳染給家禽或鳥類等動物，所以病毒很容易因為在不同的動物之間傳來傳去，並出現基因突變、重組而形成不同的新型病毒株。

下圖標明的病種，皆為 A 型流感突變而成的新型病毒株，並在不同的動物之間傳來傳去。

——本文摘自《小大人的公衛素養課：流行病學×預防醫學》，2021 年 9 月，親子天下，未經同意請勿轉載。

肺結核自古早以前即給人類帶來巨大的致命威脅，科學家在五、六千年前的埃及木乃伊身上就發現了結核菌，而歷史上更是有許多名人死於肺結核，包括音樂家蕭邦，文學家歌德、拜倫、卡夫卡，數學家黎曼、拉馬努金⋯⋯等等。雖然肺結核不像瘟疫那般來勢洶洶，卻更令人防不勝防，以致於到了十九世紀，大部分人仍以為它是種先天性的疾病，而且得病之後也只能到陽光充足、空氣清新的地方調養身體、聽天由命。這一切，直到 1882 年的今天，才由德國生物學家柯霍 (Heinrich H. R. Koch, 1843－1910) 揭開謎底，宣布找到病原體──結核桿菌。

雖然同時代的法國化學家巴斯德在二十年前就已經提出微生物致病的學說，但因為肺結核是種慢性疾病，而結核桿菌又生長緩慢，很難培養，因此大多不認為肺結核與細菌有關，即使有懷疑者也因毫無證據而作罷。但柯霍卻堅持信念，深入研究。

柯霍的堅持有其道理。十年前他只是德國小鎮的一位醫生，雖然沒有良好的實驗設備，仍打算研究當地農場盛行的炭疽病。之前就有法國醫生從病牛的血液中找到炭疽桿菌，卻無法確定它就是病原體。柯霍用老鼠做實驗，透過交叉感染的方式證明含有炭疽桿菌的血液會傳染炭疽病。但因為此一結論仍難以解釋炭疽病大流行的現象，他進一步觀察炭疽桿菌的生命史，發現當生存環境不利時，它會形成孢子體（spore）進入休眠狀態，等到環境適宜時，它又會活化繼續繁殖擴散，因此傳染途徑不必經由活體。這是人類首度證實特定微生物與特定疾病的關係。

柯霍於 1876 年發表研究報告後聲名大噪，而於 1880 年來到柏林的帝國健康署工作，因此他更有把握能找出肺結核的病原體。有了他研究炭疽桿菌時的純化與染色技術，加上助手發明的培養皿，以及另一位助手的太太建議用洋菜取代明膠作為固態培養基，柯霍在兩年後成功地找到結核病的元凶，並因此而獲得 1905 年的諾貝爾生理或醫學獎。他所用的技術與工具至今仍是培養微生物的標準方法。

柯霍將自己的研究經驗整理出著名的「柯霍式假說」，或稱「柯霍式法則」：

1. 病原菌可在病體內大量發現，但在健康個體上不應出現；
2. 病原菌可從病體分離出來，並在培養基上生長；
3. 培養出來的病原菌注入健康個體後應該造成同樣的病徵；
4. 從接種的病體可分離出與原先一樣的病原菌。

這四條法則雖然稍有瑕疵（第一條後半──有些疾病的帶原者健健康康的，並無任何病狀；第三條──有些病體表現出來的病徵可能不一樣），但在當時仍不失為判斷病原菌與疾病之間是否有因果關係的準則。柯霍因為在病原菌的研究上建立系統性的方法與本身開創性的研究，而被視為「醫學微生物學之父」。

本文同時收錄於《科學史上的今天：歷史的瞬間，改變世界的起點》，由究竟出版社出版。

本文由科技部補助，泛科學獨立製作

台灣位於環太平洋火山地震帶，及東亞颱風必經路徑的交叉位置，地震是台灣的常客。不過以氣象事件釀成的災害來看，除了地殼或大氣的運動本身的威力，也不可忽略災後傳染病爆發的風險。金傳春教授是美國加州大學洛杉磯分校流行病學博士，目前除了任教於台大公衛學院外，也長期參與第一線防疫工作，甚至架設「防疫先鋒」網站參與防疫實務，本專題將由金傳春老師說明災區「為何」以及「如何」防疫。

不同地區、不同災害類型，得換湯又換藥

在眾多災害中，地震對台灣的影響相當大。地牛翻身後的傳染病防治，首當要考慮的是傳染源或傳染途徑與泥土有關的疾病，例如破傷風或炭疽病，有些地區的土壤適合炭疽桿菌生存，經地震後會使感染機率增加。幸好炭疽病在台灣並不普遍，因此第二個要考慮的是破傷風等外傷接觸傳染病， 所幸破傷風也有疫苗可以防治，因此最需要注意的便是可能因密閉空間而加重疫情的呼吸道傳染病。

考慮災後的傳染病防治，一定要注意到當地原來就有哪些傳染病，1999年的921大地震主要發生在台灣中部的山區，台灣山區原來較使人憂心的呼吸道傳染病是肺結核（Tuberculosis, 簡稱TB）。結核是藉由空氣或飛沫傳染，且可致命的傳染病，感染結核後通常會破壞肺臟，稱為肺結核或肺癆。

當房屋大多倒塌，居民要住在臨時搭建的公用組合屋中，然而在密閉空間中呼吸道傳染病的傳染風險高，因此為了防範呼吸道傳染病擴散，有兩個應對措施，一是以帳篷取代組合屋，避免人多共處在密閉空間，第二是同時啟動傳染病監測，來掌握呼吸道傳染病疫情。

其他突如其來的災變中，台灣每年都會經歷颱風，颱風造成大規模影響的頻率比地震還高，幾乎每年都會有颱風成災，因此颱風在傳染病上的影響也比較大。與颱風相關的是和「水」有關的傳染病，風災之後輸水管線受到破壞，山部地區常面臨缺乏飲用水，居民自行在野外取水，可能混有動物糞便或汙泥，容易感染經糞口途徑傳染的腸道傳染病，例如腸病毒、痢疾、傷寒、動物來源的沙門氏桿菌、鉤端螺旋蟲、類鼻疽，因此地方政府需在山區儲備乾淨飲水。

此外，大水淹完也要立刻把積水清除，以免成為蚊蟲的孳生源（breeding site），進而感染登革熱、日本腦炎等蟲媒傳染病。土石流逃難的經驗中，居民普遍會有外傷，加上途經泥濘，需要注意皮膚有關的傳染病，例如破傷風。

電子科技，突破傳染病偵測與防治方法

了解災害衍伸的傳染病風險後，災區的傳染病偵測與防治是災後的重要工作，過去的疫情通報以醫生和實驗人員進行，已經緩不濟急，以民眾作為疫情掌控的第一線，一來擴大傳染病的監測範圍，能控制疫情爆發；另一方面積極進行風險溝通，可以提升民眾與管制單位警覺度，有效防治傳染病傳播。

在九二一大地震之前，台灣公衛體系缺乏地震會導致傳染病的經驗，因此在九二一大地震發生後，金傳春老師便進入災區進行傳染病的全面偵測，但是那時因為通訊不良，無法運用電腦科技進行即時性的偵測，但至少當時的21個重災區都進行了人工式紙本的傳染病偵測。

中國四川大地震比臺灣九二一大地震晚了十年，技術上不再仰賴紙本記錄，運用手機簡訊，中國疾病控制中心（CHINA CDC）可以同步進行雙向的疫情通報及風險溝通。手機在開發中國家已經很普遍，金傳春指出，國內各大電子公司 （例如：宏達電），應該開發傳染病防治的手機軟體，投入全球健康（global health）的社會工作。

台灣也曾經在發生紅眼症腸病毒的時候在台北市運用手機技術，金傳春老師跟北市教育局、衛生局合作，用手機通知民眾最新疫情與要父母要注意的事項，發現手機簡訊的風險溝通效果非常好，當時評估週末人跟人的互動較為頻繁下，可能是疫情的高峰期，因此選擇周末之前的星期四就發送簡訊，及早進行風險溝通，在百分之九十五的信心水準下，限制了10%～60%的症候兒童傳染，並將此研究成果《Taipei’s Use of a Multi-Channel Mass Risk Communication Program to Rapidly Reverse an Epidemic of Highly Communicable Disease》發表在國際期刊。

科學的態度，人文關懷的精神

實戰比紙上談兵重要，不只是公衛體系的基層人員，高層的決策者也應該要有第一線作戰的經驗。一般與傳染源有關的傳染病，病例數會以等差級數增加，就像1995年的美國災難片《危機總動員》中，只有特定的兩隻猴子是傳染源，因此每日的累計病例數會趨近等差級數；另一種與傳染途徑有關的疾病，在2007年的電影《28週毀滅倒數：全球封閉》中，每一個受感染的人類都具有感染力，也就是以「人傳人」為傳染途徑，這種疾病案例則具有等比級數增加的特徵，會迅速的擴散，尤其在人潮密集地區。

如果找不到傳染病的型態特徵，很難追蹤問題的根源，就無法徹底解決問題，例如2013年一名台商從江蘇回台後病發，是國內第一個H7N9境外移入的案例，到目前為止在江蘇都還沒找到答案。緊接著第二個台灣的H7N9案例也是來自中國江蘇的境外移入案例，可見跨地聯合在疫情調查中的必要性。

不知道問題的真相，問題就會繼續發生，面對災區傳染病風險，專家的敏銳度必須透過第一線作戰經驗培養，然而許多人都仰賴辦公室看數據作戰，主要透過層層資訊傳遞，要特別注意的是，在每一層的環節間都會有選擇性告知的判斷偏差。

以人畜共通的禽流感為例，如果實際來到彰化發生案例的地區，可能會從養雞場的環境看出端倪，進而影響如何提升防治效果的決策。此外，公共衛生也不只是仰賴菁英知識，在實務上絕對需要了解民意，知道民眾打從心裡最願意配合的模式是什麼，所以必須具備與民眾溝通討論的能力。

疫情風聲鶴唳的時候，禽農會注意到禽流感的防治，但平常卻比較少戴手套和口罩，要從平常就做風險溝通，不是疾病流行爆發時才做。

金傳春指出，中國大陸針對H7N9的疫情研究已經公開發表病毒的全長序列，尤其發表在歐美國家的頂尖期刊，然而單有科學的進展還不夠，需要人文關懷的精神與實務工作的投入，才能夠對社會造成真實的影響力。

發表大量高等期刊的研究，如果沒有解決問題或參與解決問題的過程，學者就沒有盡到學術回饋社會的責任，學術是有社會責任的工作。國科會計畫應該要找有高度社會使命感、解決問題為導向的學者，以跨領域的團隊，尤其政府要跟民眾相互溝通，從過去由上而下地菁英決策，改為由下而上的溝通機制，讓民眾台灣要開創公民時代的風氣，政府敞開大門只是第一步驟。（本文由科技部補助｢新媒體科普傳播實作計畫─重大天然災害之防救災科普知識教育推廣｣執行團隊撰稿）

本文原發表於行政院科技部-科技大觀園「科技新知」。歡迎大家到科技大觀園的網站看更多精彩又紮實的科學資訊，也有臉書喔！

責任編輯：鄭國威｜元智大學資訊社會研究所

參考資料：

1. Yen, M. Y., Wu, T. S. J., Chiu, A. W. H., Wong, W. W., Wang, P. E., Chan, T. C., & King, C. C. (2009) Taipei’s use of a multi-channel mass risk communication program to rapidly reverse an epidemic of highly communicable disease. PloS one, 4(11), e7962.
2. 防疫先鋒網站

災難醫學系列專題：

• 災難醫學（一）：災難醫療的基本概念
• 災難醫學（二）：救難醫師的臨場經驗談
• 災難醫學（三）：不可忽視的災區心理衛生
• 災難醫學（五）：氣候變遷下的防疫問題

自從雷文霍克用顯微鏡首次看見水中的微生物後，經過一百多年，細菌學才終於在十九世紀中葉開始發展。德國的細菌學家科恩用顯微鏡揭開細菌的神秘面紗，並為它們有系統的分類，與巴斯德 (Louis Pasteur) 、柯霍 (Heinrich H. R. Koch) 三人並稱為開創現代微生物學的先驅。

科恩原來學的是植物學。當他取得博士學位返鄉任教時，父親送他一台當時最先進的顯微鏡作為研究工具，科恩也果然用它完成許多重要的研究成果，但他直到四十歲後才開始全心研究細菌。當時細菌的分類與命名非常混亂，研究者但憑自己喜好為細菌命名，也不管這個菌種是否之前已有人命名。科恩先依據細菌的形狀分門別類，包括：球菌、桿菌、絲狀菌、以及螺旋菌，底下再進一步細分。目前的細菌命名即是以此方法為基礎進一步改善而來。

科恩還導正了許多對於細菌的錯誤認知。人們原先以為細菌是一種微小的動物，因為許多具有鞭毛的細菌在顯微鏡下明顯的游來游去。孔恩經過仔細的觀察，指出細菌的細胞構造其實與植物細胞很相近，應該是屬於植物界、與藻類接近的生物。他後來修正定義為：細菌是一種不含葉綠素、有特定形狀、並以二分裂法來繁殖細胞的生物。

當時的觀念也認為煮沸就可以殺死所有細菌，但科恩發現某些細菌（例如枯草桿菌）會產生耐高溫的內袍子，在沸水中仍不會被破壞。這也駁斥了當時因為煮沸過的枯草溶液有時還會長細菌，而盛行不衰的生命自然發生學說。

科恩除了本身為細菌學貢獻了關鍵的奠基工作，還協助當時還沒有名氣的柯霍完成炭疽病的研究報告，並刊登在自己創辦的雜誌上，讓這個有潛力的年輕人嶄露頭角。柯霍後來也不負所望，因為對結核病的研究而得到 1905 年的諾貝爾醫學獎。

回顧當時研究細菌的科學家主要都著眼於實際的用途，例如哪些細菌會導致人類哪種疾病，感染途徑與機制如何，或是哪些細菌可以用來製造食品，對於那些對人類似乎沒有害處也沒有益處的細菌則不感興趣。而科恩反而默默地研究這些廣泛存在於環境中的細菌，不問實際效用，只管做好基礎的研究，更顯出他的特殊之處與難能可貴。

本文同時收錄於《科學史上的今天：歷史的瞬間，改變世界的起點》，由究竟出版社出版。