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抗菌有悔:飼養家禽不用抗生素,那抗菌劑呢?

社團法人台灣國際生命科學會_96
・2017/12/18 ・2350字 ・閱讀時間約 4 分鐘 ・SR值 614 ・十年級

文/周崇熙
美國密西西比州立大學獸醫學博士。現任國立臺灣大學獸醫專業學院教授,曾任臺大人畜共通傳染病研究中心主任,目前同時兼任臺大環安衛中心副主任。研究專長為獸醫微生物學、獸醫公共衛生學及家禽疾病學。

Source:Pixabay

家禽的快速生產滿足了人類的生命所需,這快速生長的幕後推手,並非傳言中的生長激素,而是育種的成效、禽舍的改善、飼料的改良和疫苗的進化,其中抗菌劑的使用也是重要功臣之一。

本期ILSI Taiwan專欄邀請臺灣大學獸醫專業學院周崇熙教授撰文,闡述隨著全球消費者食安及環保意識的抬頭,抗菌劑的使用對生態傷害的影響逐漸受重視,「無抗飼養」將是家禽產業新一波的升級重點,身為消費者的你我都可以是畜牧業再升級的重要推手。

抗菌劑的使用與抗藥性菌株的出現息息相關

1928 年 9 月 28 日是人類第一天發現抗菌劑的日子,自此抗菌劑被廣泛使用於預防或治療人類與動物的細菌感染症,但抗藥性菌株比例升高的現象也伴隨而生,逐漸對治療的成功率造成威脅。儘管細菌產生抗藥性的機轉十分複雜,但使用抗菌劑所產生的篩選壓力的確是抗藥性出現的重要因素。

抗菌劑的使用與抗藥性菌株的出現息息相關。 圖/ ILSI Taiwan

許多研究證實,抗菌劑使用的數量、種類及適時性與抗藥性菌株的出現息息相關,有些研究更進一步指出,動物用抗菌劑的大量使用與抗藥性菌株的出現之間也有正向關聯,進而嚴重壓縮了人類疾病治療的空間。

抗藥性細菌在人類、動物、環境間相互影響

隨著不斷累積的研究與觀察,傳統上認為人類與動物細菌間抗藥性的傳遞方式,已逐漸納入了「環境」因素。抗菌劑使用的增加,造成環境中抗藥性菌株比例上升,在其無遠弗屆地進入陸地與水域後,最終導致抗藥性細菌可藉由人類、動物、環境互相傳播的複雜關係。抗菌劑的使用所延伸出的抗藥性問題已成為威脅著病人照護、公共衛生、農業與經濟及國家安全的重大議題,對人類、畜殖動物所造成的「生態傷害」也逐漸受重視。

抗菌劑使用的增加,造成環境中抗藥性菌株比例上升,在其無遠弗屆地進入陸地與水域後,最終導致抗藥性細菌可藉由人類、動物、環境互相傳播的複雜關係。 圖/ ILSI Taiwan

追求生態永續,「無抗飼養」成為畜牧業新潮流!

一般而言,畜牧業使用抗菌劑之目的主要有三項:

(1)預防家畜禽生病
(2)家畜禽生病時用於治療
(3)將低劑量的抗菌劑添加於飼料中,可能有促進家禽生長的功能。

為了保障人類與動物的用藥選擇,近年來相關國際組織極力倡導須謹慎使用抗菌劑,在此思維之下,促進家畜禽生長並非使用抗菌劑的必要因素。

歐盟自 2006 年起全面禁止對產食動物的飼料添加非治療用途的抗菌劑,這類的抗菌劑一般稱為「抗菌劑促生長飼料添加劑」(Antibiotic Growth-Promoters, AGP, 或稱為含藥物飼料添加物),主要以預防細菌性疾病及可能有促進家畜禽生長的功能為產業所喜用。此一「無抗菌劑促生長飼料添加劑飼養」(簡稱「無抗飼養」)的趨勢,已漸漸被許多國家認同並著手跟進,面對全球消費者食安及環保意識的抬頭,「無抗飼養」將是家禽產業新一波的升級重點。

「無抗飼養」進行式:政府與業界如何努力?

不過,人類在家禽產業使用「抗菌劑促生長飼料添加劑」已有數十年的歷史,在現代家禽密集式飼養模式下,直接跨入「無抗飼養」模式,初期勢必造成生產成本增加的衝擊,包括生長表現降低、疾病損失率提高等,因此許多國家採取漸進式的改革手段。美國預定將人類醫學重要性之抗菌劑(human medically important) [1] 全數轉為處方用藥,但保留動物使用非人類醫學重要性之抗菌劑(non-medically important)。我國則逐年刪減可使用的含藥物飼料添加物品項,目前仍有包括 Tylosin 等 14 項[2] 可使用之抗菌劑製品。

然而能夠真正引領產業進步的,絕對是消費者的意願與決心。知名連鎖速食業者宣布,將於 2027 年內達成其全球門市停止使用「以人類醫學重要性的抗菌劑飼養或治療」的雞肉原料,意即其飼養全程都不能使用這些抗菌劑預防或治療,以善盡食品產業的社會領頭責任,隨後各大速食業者也紛紛宣布響應。這種改善手段,至少先行限制了同類藥物做為動物的生長促進劑或治療,讓人類使用抗菌劑治療的緊繃困境稍有喘息的空間。

而臺灣的白肉雞養殖時程為 33 – 36 天,主要供給超市及速食業者,每年的屠宰總量約為二億隻。在政府的監督下,所有合格屠宰的雞群於屠宰前都經過足夠日程的停藥期,因此只要是購買經過合格屠宰檢驗的雞肉產品,曾經使用過的(預防型或治療型)抗菌劑早就從雞隻體內代謝,消費者並不會吃到殘留在雞肉內的抗菌劑。

圖/ ILSI Taiwan

我們都是引領產業進步的關鍵

就前述保障人類用藥選擇及降低環境傷害的生態永續思維下,跟上國際「無抗飼養」潮流將是必需的。在家禽的飼養過程中以益生菌、植物萃取物等添加劑取代抗菌劑,並改善生產環境以提升飼養品質,都是可行的輔導方案。但是一如前述,真正能引領產業進步的絕對是消費者的意願與決心,有了消費市場的支持,才能鼓勵生產者做出更新的提升。

消費者不僅僅是簡單地「消費」產品,而是要透過採購來主動展現他們對食品「善的願望」。

因此教育消費者、改變消費者的觀念才是改善任何食安問題的重要步驟。永續與健康是我們的目標,農業的生產方法是有選擇,但消費者的想法需要先行改變。

注解

  • 注 1:包括 Tylosin、Tilmicosin、Spiramycin、Oxolinic acid、Oleandomycin、Kitasamycin、Josamycin、Flumequine、Erythromycin、Enrofloxacin、Danofloxacin、Colistin 等 12 種抗菌劑。
  • 注 2:可參考台灣農委會動植物防疫檢驗局公告之「含藥物飼料添加物之種類及品目」。

本文轉載自 ILSI Taiwan 專欄 2017 年 10 月號,原標題為「臺灣家禽飼養的「前瞻計畫」─談無抗飼養


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文章難易度
社團法人台灣國際生命科學會_96
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創會於2013年,這是一個同時能讓產業界、學術界和公領域積極交流合作及凝聚共識的平台。期望基於科學實證,探討營養、食品安全、毒理學、風險評估以及環境的議題,尋求最佳的科學解決方法,以共創全民安心的飲食環境。欲進一步了解,請至:ww.ilsitaiwan.org


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就是想知道十萬個植物的為什麼!解開植物生長之謎的駭客兼翻譯——蔡宜芳專訪

鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
・2022/04/06 ・3848字 ・閱讀時間約 8 分鐘

本文由 台灣萊雅L’Oréal Taiwan 為慶祝「台灣傑出女科學家獎」15周年而規劃,泛科學企劃執行。

2018 年「台灣傑出女科學家獎」傑出獎第十一屆傑出獎得主

  • 中研院分子生物研究所特聘研究員蔡宜芳,畢業自台灣大學植物系,在美國卡內基美隆大學(Carnegie Mellon University, CMU)取得博士,後於加州大學聖地牙哥分校(University of California, San Diego, UCSD)進行博士後研究,研究專長為植物分子生物學。主要從事細胞膜蛋白的功能研究,在硝酸鹽轉運蛋白研究領域有卓越貢獻。2021 年蔡宜芳特聘研究員榮獲美國國家科學院(National Academy of Sciences, NAS)外籍院士(international members)。

如果妳撿到蔡宜芳掉的手機,可能很難立即知道失主是誰,甚至有點摸不著頭緒:因為她手機裡超過 80% 的照片,都是植物。為何會選擇植物作為研究領域?身為中研院分子生物研究所特聘研究員,在植物分子生物學領域貢獻卓著的她卻說,這個決定其實「不太科學」,因為起心動念是自己「真的很喜歡植物」。

因為喜歡所以好奇,因為好奇而想要知道更多:許多 love story 都是這樣開始的,而研究領域的開展又何嘗不是一場超浪漫故事呢?也因為一般人都不夠認識植物,聽不懂植物的細語呢喃,更需要蔡宜芳這般熱愛植物的科學家,擔任植物駭客兼翻譯,讓不辨菽麥者也能偷聽花開的聲音。

故事,從一株異變的阿拉伯芥開始說起。

植物對於氮肥的攝取機制與調控方法正是蔡宜芳的研究主題。圖/劉志恒攝影

分子生物學突破:發現植物吸收硝酸鹽的關鍵蛋白 CHL1

上世紀 50 年代起的「綠色革命」,大幅提升了糧食生產量,餵飽了激增的地球人口,「氮肥」在其中功不可沒。它對植物開花結果至關重要,然而植物透過什麼機制攝取氮肥?如何調控才能更有效地吸收?蔡宜芳研究的正是其中的分子機制。

氮,是生物存活的重要元素;從推動光合作用的葉綠素、各種代謝反應的酵素,到與遺傳相關的核酸中,都有氮的存在。但對植物來說,要取得氮元素卻出乎意料地困難;大氣的組成中近五分之四為氮氣,但是除了藉由少數有固氮能力的微生物以外,植物只能使用在土壤中非常少量的氮源,吸收的型態有「氨鹽」與「硝酸鹽」,其中又以硝酸鹽為主。

但是,硝酸鹽是帶電離子,無法自行通過脂質構成的細胞膜,那到底植物如何利用硝酸鹽呢?為了解開這個長年來的謎題,蔡宜芳將目光投向一棵無法正常吸收硝酸鹽的阿拉伯芥突變株,並利用當時最新發展出來的分子生物技術,試圖找到出關鍵基因。蔡宜芳表示,這個無法正常吸收硝酸鹽的突變株,在她約 10 歲時就被荷蘭研究者發現,這麼多年來在傳統技術底下被研究得相當透徹;卻直到她開始進行博士後研究,伴隨植物分子生物相關技術發展,才有方法找到關鍵的轉運蛋白。

這樣的研究自然充滿了挑戰,因為新技術還不穩固,就連實驗室老闆都曾勸她放棄。不願投降的她,決定一邊持續研究氮代謝,一邊到其他研究室學細胞膜研究的新技術,1994 年,蔡宜芳從美國回到台灣,持續研究進一步發現, 位在植物細胞膜上的 CHL1 硝酸鹽轉運蛋白,除了作為硝酸鹽的「搬運工」,還有其他異想不到的功能。在你我的印象當中,植物是被動的吸收養分:但其實當土壤中的的硝酸鹽變化時,植物會主動改變硝酸鹽的運作模式,這就是蔡宜芳團隊在 2003 年的重大發現。運作模式的改變正來自於 CHL1 蛋白的磷酸化轉換,因此 CHL1 蛋白也具備作為「傳令兵」的功能。透過 CHL1,植物便能感應周圍的硝酸鹽濃度,幫助植物調控基因表現,以便能更有效率地利用硝酸鹽。

掌握硝酸鹽吸收的調控,在農業領域十分有發展潛力,蔡宜芳的研究進一步轉向,對接實際應用,期盼為農業的永續未來提供新解方。除了 CHL1硝酸鹽轉運蛋白的機制外,她也針對阿拉伯芥如何吸收與輸送硝酸鹽到不同組織的分子機制展開探索。近期更研究探討是否能以育種或基因調控的方式,增進植物吸收硝酸鹽的效率。由於硝酸鹽非常容易在環境中流失,因此多數的氮肥施放到田間後,植物也往往吸收不了;如果可以改善植物的吸收效率,就能減少施肥的浪費,連帶減少製造氮肥耗用的能源,也讓農作物長得更好。

好消息是,透過基因調控,蔡宜芳團隊已經在阿拉伯芥、菸草及水稻上實驗成功,並取得相關專利,期待未來將授權給生物科技公司進行下一步。

培養科學研究必備品:好奇心、科學思辯與毅力

蔡宜芳從事研究的初衷是因為對植物的喜愛與好奇心,對她來說和植物有關的十萬個為什麼,猶如始終永遠拼不完的大型拼圖,從小時候就在蔡宜芳的心中佔據了重要位子,於是她「追根究柢」(如字面上意義),想靠自己解開植物現象背後的秘密。

人們對自己不了解又無法回嘴的植物充滿了誤解,往往覺得植物跟動物一點也不同,然而在蔡宜芳看來絕非如此,她表示,已經有研究發現,當我們這些動物咬下蔬菜的瞬間,植物裡頭負責傳導的的鈣離子就會產生變化。「大家都覺得植物不會動不會叫,但其實植物是有感知的。」蔡宜芳表示,植物其實都知道,只是用我們不懂的方式在表達,要靠研究才能一句一句地破解植物的密語。

圖/劉志恒攝影

當然研究也不能自己埋頭苦幹,交流非常重要。蔡宜芳擔任植物學期刊 《Plant Physiology》 編輯多年,但回憶起剛建立獨立實驗室的階段,面對那麼多來自審稿人的刁鑽問題,當時的自己也難免生氣。一旦轉換身份成為審稿人,被審的經驗也讓她更明白審查論文時該注意的重點,一來一往的思辨與答辯,反而讓她覺得很好玩。

「我自己有個突破,是因為被質疑的時候很生氣,可是不能光氣,也要想辦法解決。就在生氣的時候,想出來的方法,最後變成我們實驗室很新的工具。」而她也認為自己在替《Nature》等重要期刊審稿時,認真地給出言之有物的評論,幫她累積了領域內的信譽,才讓期刊編輯的位置找到了她。

蔡宜芳曾擔任植物學期刊《Plant Physiology》編輯。圖/《Plant Physiology》網頁截圖

像投稿審稿這般來回思辨的訓練,對科學家的養成非常重要,然而蔡宜芳觀察,科學思辨在台灣教育裡比較缺乏。她舉例,在美國課堂上,老師會要學生先讀一篇論文,接下來整堂課則要學生批評論文有什麼問題。「我們在台灣被訓練的人,都會把 paper 當作傳世經書在讀,讀懂它就覺得很開心了——要去批評它,我們真的沒有習慣。」蔡宜芳坦言那過程對她來說曾經非常痛苦,但會痛就代表該變。

她就此改變了思路:面對知識,蔡宜芳要求自己不僅要讀懂,還要有餘力批評它,說出對、錯在哪裡。蔡宜芳認為,科學就是得永遠抱持著質疑的態度,在不疑處有疑,才能找到真正的答案。「在我自己的實驗室裡面,我也一直在逼學生要去思考」。

蔡宜芳在實驗室中,會不斷要求學生思考、批判。圖/劉志恒攝影

而除了好奇心及思辨能力之外,蔡宜芳認為「毅力」也是科學家在科學界持續前進的重要特質。經驗告訴她,在科學研究中遇見失敗比遇見成功的次數多太多了,革命十次稀鬆平常,如何二十次甚至三十次之後還能繼續往前走?那絕對需要強大的毅力來抗壓才行。

說到壓力,身為科學界的女性,蔡宜芳認為,自己的成長環境中,性別造成的影響並不大,以她所在的中研院分生所為例,研究人員性別比例很平均。但若深入細究,「無意識偏見」(unconscious bias)仍難以避免。她以自己帶過的學生為例,生科領域在大學時期男女比例大約是各半,但隨著碩士、博士一路往上,男性的比例逐漸多於女性。因為許多女學生在面臨職涯選擇的時候,往往會被迫以家庭或是男性伴侶的事業為優先,這種狀況回過頭來又讓部分老師覺得「教育女生有時會是浪費」,成為惡性循環。

榮獲過許多科學成就獎項的她,時常是唯一獲獎的女性,而就在接受採訪不久前,她又獲頒一個獎項,直到頒獎當天的照片寄回到所上,「一片黑西裝裡面,就我穿黃色!」她笑道。所上第五屆台灣女科學家傑出獎得主鍾邦柱老師看到照片時,也對她苦笑說:「哎,革命尚未成功,同志仍需努力。」

「先不要去想會有這個東西,做該做的事情。真正不平的時候,不要安靜不講。」儘管環境仍待改變,蔡宜芳建議女科學人自己先跨出一步,就如同她自己一路走來的態度。

一株莫名異變的阿拉伯芥,遇上一位不放棄的科學家兼植物迷,造就了改變農業、甚至是整體生態未來的契機。如果妳的手機也跟蔡宜芳一樣,裝的幾乎全是自己感興趣、想研究的東西的照片,請別質疑自己是不是怪怪的,或許妳也將靠著研究,改變世界,這是我能想到最浪漫的事了。

台灣傑出女科學家獎邁入第 15 年,台灣萊雅鼓勵女性追求科學夢想,讓科學領域能兩性均衡參與和貢獻。想成為科學家嗎?妳絕對可以!傑出學姊們在這裡跟妳說:YES!:https://towis.loreal.com.tw/Video.php

本文由 台灣萊雅L’Oréal Taiwan 為慶祝「台灣傑出女科學家獎」15周年而規劃,泛科學企劃執行。


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