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《Nature》盤點:2017年全球十大科學人物

valerie hung
・2017/12/30 ・4512字 ・閱讀時間約 9 分鐘 ・SR值 571 ・九年級

知名國際學術期刊《自然》(Nature)在當地時間 12 月 18 日發表 2017 年科學界的十大年度人物,他們涉及的領域橫跨生物、物理、量子通訊、天文、地球科學與環保,有些人身處第一線創造新突破,也有些人是重要的幕後推手。

他們對這一年的科學發展帶來各種「重要」的影響,有的入選理由會讓你拍手叫好,有的則讓人大皺眉頭。快來看看這十位人物是誰,他們又做了什麼事吧!

編輯基因的生物學家劉如謙(David Liu)

劉如謙(David Liu)團隊研發的新基因編輯技術,將可能拯救許多生命。圖片來源:ServiceAT@wikipedia, by CC 4.0.

基因編輯技術 CRISPR 雖然是當前的主流,但仍無法實現一些較細緻的基因編輯工程,以 CRISPR-Cas9 為例,雖然科學家可以指揮 Cas9 酶去切開特定一段 DNA,但卻只能依靠細胞自身的 DNA 修復機制來修補,因此產生不可預測性。

而劉如謙在美國博得機構(Broad Institute)的實驗團隊使用一種新的酶,解決了過往的問題。團隊在 2016 年發表了他們第一個鹼基編輯器(base editor),讓科學家首次能對活體細胞基因中單一鹼基對進行可預期的修改。接著在今年十月,劉如謙團隊再次突破,打造出比 CRISPR-Cas9  更可靠的新基因編輯工具:能在不切割 DNA 的情況下,把 A-T 鹼基對轉換成 G-C 鹼基對。這種效率更高且幾乎沒有副作用的新技術,將有機會治療許多基因點突變導致的疾病。

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促進整合的天文學家 Marica Branchesi

Marica Branchesi 促成了天文學家與物理學家的互信合作。圖片來源:IAU

2017 年 10 月 16 日,美國雷射干涉重力波天文台(簡稱 LIGO)、義大利處女座干涉儀(Virgo interferometer)和眾多的天文台團隊聯合召開記者會宣佈:首次直接觀測到兩顆中子星碰撞合併所產生的重力波與電磁波,這一次的重要觀測成果解決了包含「宇宙重元素從哪裡來」等多道天文物理學謎題。

重力波雖然能看到普通望遠鏡無法看到的宇宙的另一面,但在雙中子星融合的案例中,重力波干涉儀只能偵測到最後幾分鐘,而中子星碰撞的其他資訊或過程中產生的元素,卻只有傳統望遠鏡才能獲得。

然而過去觀測天文學與重力波研究雙方人馬一直沒什麼合作,甚至互相不信任,是 Virgo 合作組織的成員 Marica Branchesi 為物理學家與天文學家搭起溝通的橋樑。她一方面鼓勵物理學家發出重力波事件的預報,即使不確定預報準不準確,而另一方面則說服天文學家,物理學家的意見值得一聽。經過 Branchesi  的努力牽線,至今證實這兩個領域的合作是可行的。

啟發新療法的抗癌鬥士 Emily Whitehead

第一位接受 CAR-T 癌症療法的孩童Emily Whitehead 。圖片來源:Emily Whitehead Foundation

在 6 月的美國食品藥品管理局(FDA)的會議上,12歲的 Whitehead 走向在台上演講的父親,緊握他的手臂。她的父親正試著說服委員會通過「CAR-T 療法」。Whitehead 五歲時罹患白血病,六歲時成為全世界第一位接受這種細胞免疫療法並痊癒的孩子:流程是將病患的白血球從血液中取出,經過基因重組,變得能夠辨識並攻擊癌症細胞後再輸回病患體內。

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雖然小 Whitehead 活了下來,但這種治療目前還存在著缺陷,她在注射 CAR-T 後引發嚴重的免疫反應,又稱細胞因子釋放綜合症(cytokine release syndrome,CRS),多虧主治醫生迅速處理,小女孩順利康復並成為活見證。

最終,會議投票通過了這種嶄新的急性淋巴細胞白血病病患治療法。幾個月後,非霍奇金氏淋巴瘤(Non-Hodgkin Lymphoma)病患也被批准進行 CAR-T 療法,這讓 2017 年成為此種癌症療法重要一刻。目前有數十組研究團隊與生技公司正努力讓此種療法變得更安全和可控。

削弱環保政策的美國環保署署長 Scott Pruitt

受科學家與環保人士抗議的美國環保署署長Scott Pruitt 。圖片來源:Gage Skidmore@wikipedia, by CC 2.0

曾公開懷疑氣候暖化的 Pruitt,如今受美國總統川普任命為美國聯邦環保署(EPA)署長,他在上任前曾是批評美國環保署最激烈的人之一。 今年 2 月就職後,Pruitt 立即終止或廢除十幾條環保法規,其中包含與氣體排放、採礦及有害汙染設置的規定,讓化石燃料與化學業者拍手叫好。

10 月時 Pruitt又宣布,有鑑於「利益衝突」,所有有拿美國環保署補助金的科學家都不准參加該部門的獨立顧問委員會,導致旗下多個科學顧問委員會中超過半數的會員被辭退,而部分職位由當前的業界人士及與業界相關的科學家填補。

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川普政府上任後已經提出要削減環保署研發辦公室 40% 的預算,撤掉的職務大多是科學家,讓員工們人心惶惶。根據紐約時報 12 月 22 日報導,自川普 1 月上任至今,美國環保署已有 700 多人離職(包含退休、資遣與請辭),其中有 27% 是科學家,包含 34 位生物與微生物學家、19 名化學家、81 名環境工程與環境科學家、以及時幾位毒理學家、生命科學家與地質學家。

帶量子通訊上太空的物理學家潘建偉

潘建偉被稱為中國量子之父。圖片來源:中國科學技術大學

中國科學技術大學教授潘建偉,是世上第一顆量子通訊科學衛星「墨子號」首的席科學家。在中國,有人稱潘建偉為「量子之父」,他帶著中國在遠距離量子通訊研究上持續突破,成為該領域的開拓者之一。

2008 年自歐洲返回中國就職,潘建偉點燃了中國發展量子科技的熱情。7 月,潘建偉與團隊宣布再創量子通訊的里程碑,他們成功將地面上一個光子(photon)的量子狀態,傳輸到距離地表 1400 公里的軌道衛星「墨子號(Mozi)」的另一個光子上。9 月,團隊透過量子衛星發射光子,讓北京和 2100 公里外的維也納進行絕對安全的量子加密視訊會議。因為探測光子會干擾量子狀態,所以駭客無法再不被發現的情況下竊取密鑰。

目前潘健偉的團隊計畫發射第二顆衛星,並在中國天宮二號太空站進行另一次太空量子實驗。

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找出論文錯誤的遺傳學家 Jennifer Byrne

過去兩年 Jennifer Byrne 花了大量時間揪出論文的錯誤。圖片來源: The University of Sydney

白天,任職於雪梨兒童醫院的 Byrne 研究癌症遺傳學;晚上,她用筆電爬梳大量的遺傳學論文,找出其中的錯誤。目前 Byrne 已發現數十篇文獻在 DNA 序列上出錯,有些甚至包含可疑的低畫質圖片、疑似與其他手稿重複的文本,但這些懷疑尚未被證實。至今有九篇論文因為 Byrne 的努力被退回。

考慮到科學界仍有許多錯誤的文獻,她與法國電腦學家 Cyril Labbé 合作,運後後者開發辨識垃圾稿件軟體的經驗,在 2017 年 10 月打造出自動偵測錯誤的網路工具「Seek & Blastn」,並期盼期刊編輯與出版商能在論文刊出前運用這套軟體進行檢查。 Byrne 表示:「當我臨終時回顧自己的一生,會因為曾作過這件事感到非常驕傲。」

為核不擴散奮鬥的地球物理學家 Lassina Zerbo

全面禁核試爆條約組織(CTBTO)執行秘書 Lassina Zerbo。圖片來源:The Official CTBTO Photostream

對全面禁核試爆條約組織(簡稱 CTBTO)執行祕書 Zerbo 與其他倡議核不擴散(non-proliferation)的人來說,2017 年不太順利。北韓領導金正恩與美國總統川普的關係劍拔弩張,在 9 月進行第六次核子試爆,讓全球各地都感到不安。

全面禁核試爆條》是一個國際條約,目的是終止任何核武器的試爆。雖然已有 183 個國家簽署,但因為部分國家,主要是美國與中國,尚未正式批准,條約還無法生效。

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2004 年 Zerbo 加入 CTBTO,負責建立一套系統,把組織在全球約 300 個核子試驗監測站所收集的數據,如地震、聲波、水聲(hydroacoustic)與放射性同位素(hydroacoustic)分享給科學社群使用,協助偵測海嘯及追蹤藍鯨遷徙等科學研究。2013 年 Zerbo 出任執行秘書,除了前往世界各地進行全球監測站的建置外,也努力提倡批准全面禁核試爆條約。

追逐地震的地質學家 Victor Cruz-Atienza

襲擊墨西哥的 7.1級大地震證實了 Victor Cruz-Atienza 的地震理論。圖片來源:官網

墨西哥國立自治大學(UNAM)地球物理學家 Cruz-Atienza,在 11 歲時經歷了一場驚天動地的大地震(編註,1985 年 9 月 19 日墨西哥沿海發生了 8.0 級地震),自此他投身地震相關的研究,並積極提升民眾對地震的認識。

2016 年 Cruz-Atienza 針對墨西哥城提出理論,描述地震發出的能量將如何在這個古湖泊盆地中迴盪,並根據數據預測哪個區域的搖晃程度會最強且最久。當今年 9 月 19 日墨西哥中部莫雷洛斯州發生 7.1 級強震時,他的預測獲得證實:「由於盆地的地形與軟沉積物的結構,當地地震次數發生越多次,搖晃時間越長。」

Cruz-Atienza 不打算停下腳步,近期他與日本研究團隊合作,在墨西哥西海岸的海床安裝地震感應裝置,希望能預測下一次大地震。他表示:「每場地震都是不同的動物,它們有著各自的故事與記憶。」

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爭取學術界性別平等的律師 Ann Olivarius

Ann Olivarius 博士致力於消除學術機構內的性騷擾,讓女性也能獲得公平的對待。圖片來源:Ann Olivarius

性騷擾在科學界是一個嚴重的問題,許多大學輕忽了設立防止性騷擾機制的重要性,也沒有相關制度懲處加害人與支持受害者。

十幾年來,Olivarius 處理過不少知名的學術機構性騷擾案件,包含耶魯大學、紐約羅切斯特大學與英國牛津大學。但隨著今年科學界、娛樂界、媒體界到其他產業發生數起位居高位的男性因性騷擾丟了工作的事件,眾多女性積極拿起電話打給她的律師事務所,希望他們幫忙處理性騷擾事件。

Olivarius 表示「我認為現在世人總算注意到這個問題,一旦社會認識到這一點,就有更好的機會改善現狀。」

自 1970 年代 Olivarius 就致力於消除學術機構內性騷擾,當她還在耶魯念大學時,因得知有男教授性騷擾甚至性侵學生感到非常憤怒,於是與其他原告聯合向耶魯大學提出告訴,要求實現性別平等的校園環境。雖然官司本身輸了,但法院承認校園發生性騷擾確實是教育中的性別歧視,此一重要判決為美國校園建立了對抗性騷擾事件的法律框架。

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推動中東跨國科學計畫的物理學家 Khaled Toukan

Khaled Toukan 為中東建立起第一個同步加速器。圖片來源:IAEA Imagebank@wikipedia, by CC2.0

2010 年 5 月,當以色列海軍襲擊了一艘土耳其船隻的消息傳出,中東第一個實驗科學與應用同步加速器(簡稱 SESAME)的規劃會議正在進行。該計畫獲得了包含以色列、土耳其、巴勒斯坦、賽普勒斯、埃及、伊朗、約旦與巴基斯坦等不同立場的國家支持,這種極端事件可能導致合作破裂。

多虧了發起人 Khaled Toukan 努力與各方代表團溝通周旋,最終讓局勢穩定下來。經過 20 多年的籌備,中東第一個同步加速器實驗室在今年終於正式啟用,它也是中東地區第一個主要的國際研究中心,代表著中東被真正列入全球科學版圖。實驗室位於約旦,可用於對分子、人造物和其他無數物體的成像,但對 Toukan 而言,這不只是一個光子源:「這是衝突之海中的一道光明。」他期盼 SESAME 的成功運轉能帶來更多建設,讓更多國家互相合作。

參考資料:

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valerie hung
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興趣多多,書籍雜食者,喜歡問為什麼,偶爾也愛動手嘗試。

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人與 AI 的關係是什麼?走進「2024 未來媒體藝術節」,透過藝術創作尋找解答
鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
・2024/10/24 ・3176字 ・閱讀時間約 6 分鐘

本文與財團法人臺灣生活美學基金會合作。 

AI 有可能造成人們失業嗎?還是 AI 會成為個人專屬的超級助理?

隨著人工智慧技術的快速發展,AI 與人類之間的關係,成為社會大眾目前最熱烈討論的話題之一,究竟,AI 會成為人類的取代者或是協作者?決定關鍵就在於人們對 AI 的了解和運用能力,唯有人們清楚了解如何使用 AI,才能化 AI 為助力,提高自身的工作效率與生活品質。

有鑑於此,目前正於臺灣當代文化實驗場 C-LAB 展出的「2024 未來媒體藝術節」,特別將展覽主題定調為奇異點(Singularity),透過多重視角探討人工智慧與人類的共生關係。

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C-LAB 策展人吳達坤進一步說明,本次展覽規劃了 4 大章節,共集結來自 9 個國家 23 組藝術家團隊的 26 件作品,帶領觀眾從了解 AI 發展歷史開始,到欣賞各種結合科技的藝術創作,再到與藝術一同探索 AI 未來發展,希望觀眾能從中感受科技如何重塑藝術的創造範式,進而更清楚未來該如何與科技共生與共創。

從歷史看未來:AI 技術發展的 3 個高峰

其中,展覽第一章「流動的錨點」邀請了自牧文化 2 名研究者李佳霖和蔡侑霖,從軟體與演算法發展、硬體發展與世界史、文化與藝術三條軸線,平行梳理 AI 技術發展過程。

圖一、1956 年達特茅斯會議提出「人工智慧」一詞

藉由李佳霖和蔡侑霖長達近半年的調查研究,觀眾對 AI 發展有了清楚的輪廓。自 1956 年達特茅斯會議提出「人工智慧(Artificial Intelligence))」一詞,並明確定出 AI 的任務,例如:自然語言處理、神經網路、計算學理論、隨機性與創造性等,就開啟了全球 AI 研究浪潮,至今將近 70 年的過程間,共迎來三波發展高峰。

第一波技術爆發期確立了自然語言與機器語言的轉換機制,科學家將任務文字化、建立推理規則,再換成機器語言讓機器執行,然而受到演算法及硬體資源限制,使得 AI 只能解決小問題,也因此進入了第一次發展寒冬。

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圖二、1957-1970 年迎來 AI 第一次爆發

之後隨著專家系統的興起,讓 AI 突破技術瓶頸,進入第二次發展高峰期。專家系統是由邏輯推理系統、資料庫、操作介面三者共載而成,由於部份應用領域的邏輯推理方式是相似的,因此只要搭載不同資料庫,就能解決各種問題,克服過去規則設定無窮盡的挑戰。此外,機器學習、類神經網路等技術也在同一時期誕生,雖然是 AI 技術上的一大創新突破,但最終同樣受到硬體限制、技術成熟度等因素影響,導致 AI 再次進入發展寒冬。

走出第二次寒冬的關鍵在於,IBM 超級電腦深藍(Deep Blue)戰勝了西洋棋世界冠軍 Garry Kasparov,加上美國學者 Geoffrey Hinton 推出了新的類神經網路算法,並使用 GPU 進行模型訓練,不只奠定了 NVIDIA 在 AI 中的地位, 自此之後的 AI 研究也大多聚焦在類神經網路上,不斷的追求創新和突破。

圖三、1980 年專家系統的興起,進入第二次高峰

從現在看未來:AI 不僅是工具,也是創作者

隨著時間軸繼續向前推進,如今的 AI 技術不僅深植於類神經網路應用中,更在藝術、創意和日常生活中發揮重要作用,而「2024 未來媒體藝術節」第二章「創造力的轉變」及第三章「創作者的洞見」,便邀請各國藝術家展出運用 AI 與科技的作品。

圖四、2010 年發展至今,高性能電腦與大數據助力讓 AI 技術應用更強

例如,超現代映畫展出的作品《無限共作 3.0》,乃是由來自創意科技、建築師、動畫與互動媒體等不同領域的藝術家,運用 AI 和新科技共同創作的作品。「人們來到此展區,就像走進一間新科技的實驗室,」吳達坤形容,觀眾在此不僅是被動的觀察者,更是主動的參與者,可以親身感受創作方式的轉移,以及 AI 如何幫助藝術家創作。

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圖五、「2024 未來媒體藝術節——奇異點」展出現場,圖為超現代映畫的作品《無限共作3.0》。圖/C-LAB 提供

而第四章「未完的篇章」則邀請觀眾一起思考未來與 AI 共生的方式。臺灣新媒體創作團隊貳進 2ENTER 展出的作品《虛擬尋根-臺灣》,將 AI 人物化,採用與 AI 對話記錄的方法,探討網路發展的歷史和哲學,並專注於臺灣和全球兩個場景。又如國際非營利創作組織戰略技術展出的作品《無時無刻,無所不在》,則是一套協助青少年數位排毒、數位識毒的方法論,使其更清楚在面對網路資訊時,該如何識別何者為真何者為假,更自信地穿梭在數位世界裡。

透過歷史解析引起共鳴

在「2024 未來媒體藝術節」規劃的 4 大章節裡,第一章回顧 AI 發展史的內容設計,可說是臺灣近年來科技或 AI 相關展覽的一大創舉。

過去,這些展覽多半以藝術家的創作為展出重點,很少看到結合 AI 發展歷程、大眾文明演變及流行文化三大領域的展出內容,但李佳霖和蔡侑霖從大量資料中篩選出重點內容並儘可能完整呈現,讓「2024 未來媒體藝術節」觀眾可以清楚 AI 技術於不同階段的演進變化,及各發展階段背後的全球政治經濟與文化狀態,才能在接下來欣賞展區其他藝術創作時有更多共鳴。

圖六、「2024 未來媒體藝術節——奇異點」分成四個章節探究 AI 人工智慧時代的演變與社會議題,圖為第一章「流動的錨點」由自牧文化整理 AI 發展歷程的年表。圖/C-LAB 提供

「畢竟展區空間有限,而科技發展史的資訊量又很龐大,在評估哪些事件適合放入展區時,我們常常在心中上演拉鋸戰,」李佳霖笑著分享進行史料研究時的心路歷程。除了從技術的重要性及代表性去評估應該呈現哪些事件,還要兼顧詞條不能太長、資料量不能太多、確保內容正確性及讓觀眾有感等原則,「不過,歷史事件與展覽主題的關聯性,還是最主要的決定因素,」蔡侑霖補充指出。

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舉例來說,Google 旗下人工智慧實驗室(DeepMind)開發出的 AI 軟體「AlphaFold」,可以準確預測蛋白質的 3D 立體結構,解決科學家長達 50 年都無法突破的難題,雖然是製藥或疾病學領域相當大的技術突破,但因為與本次展覽主題的關聯性較低,故最終沒有列入此次展出內容中。

除了內容篩選外,在呈現方式上,2位研究者也儘量使用淺顯易懂的方式來呈現某些較為深奧難懂的技術內容,蔡侑霖舉例說明,像某些比較艱深的 AI 概念,便改以視覺化的方式來呈現,為此上網搜尋很多與 AI 相關的影片或圖解內容,從中找尋靈感,最後製作成簡單易懂的動畫,希望幫助觀眾輕鬆快速的理解新科技。

吳達坤最後指出,「2024 未來媒體藝術節」除了展出藝術創作,也跟上國際展會發展趨勢,於展覽期間規劃共 10 幾場不同形式的活動,包括藝術家座談、講座、工作坊及專家導覽,例如:由策展人與專家進行現場導覽、邀請臺灣 AI 實驗室創辦人杜奕瑾以「人工智慧與未來藝術」為題舉辦講座,希望透過帶狀活動創造更多話題,也讓展覽效益不斷發酵,讓更多觀眾都能前來體驗由 AI 驅動的未來創新世界,展望 AI 在藝術與生活中的無限潛力。

展覽資訊:「未來媒體藝術節——奇異點」2024 Future Media FEST-Singularity 
展期 ▎2024.10.04 ( Fri. ) – 12.15 ( Sun. ) 週二至週日12:00-19:00,週一休館
地點 ▎臺灣當代文化實驗場圖書館展演空間、北草坪、聯合餐廳展演空間、通信分隊展演空間
指導單位 ▎文化部
主辦單位 ▎臺灣當代文化實驗場

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用迷幻藥治憂鬱?基因編輯療法將通過批准?——2023 最值得關注十大科學事件(上)
PanSci_96
・2023/01/30 ・2348字 ・閱讀時間約 4 分鐘

在 2022 年裡,我們見證了低軌通訊衛星在戰爭中的作用、Omicron 肆虐與次世代疫苗、韋伯太空望遠鏡捕捉系外生命印記、銀河中心黑洞初次現身、人類精準回擊小行星、台灣 CAR-T 首例、特斯拉的平價人形機器人、與超強的 LaMDA 跟 ChatGPT AI 語言模型!

2023 年能更刺激嗎?有哪些值得我們關注的科學大事呢?

我們綜合整理了 Nature、Science、Scientific American、NewScientist、富比世雜誌、經濟學人雜誌,結合泛科學的觀察與期待程度,提出這份「2023 最值得關注十大科學事件」;今年的科學界將會熱鬧非凡,令人目不暇給!

No.10 病原體通緝名單

2022 年 11 月,法國科學家在 bioRxiv 上發表了從西伯利亞永凍土中復活的多種病毒;這些「殭屍病毒」中最古老的已經有 48500 歲,在溫度升高後,這些病毒都復甦了過來……。雖然這批古老病毒只能感染變形蟲,但也暗示著,冰層之下存在更多正在休眠、極可能對哺乳動物或人類造成危險的病毒。

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隨著氣溫與海溫升高,這些不定時病毒炸彈正在醞釀著。

世界衛生組織將在今年發布修訂後的「重點病原體清單」,至少 300 位科學家嚴謹審查超過 25 個病毒與細菌家族的各種證據,針對目前還未知、但可能造成全球疫情的未知疾病 Disease X 做出預測,擬出一份優先名單。被列入名單的病原體通緝犯將會被重點研究調查,以利未來開發疫苗、治療與診斷技術。

被列入優先名單的病原體將會被重點研究調查。圖/Envato Elements

No.9 新一代 mRNA 疫苗

乘著在 COVID-19 大流行間快速成熟的 mRNA 疫苗研發平台,許多疫苗正蓄勢待發。

BNT 在 2023 年初針對瘧疾、肺結核和生殖器皰疹的 mRNA 疫苗開始了首次人體實驗;也與輝瑞合作,研發能降低帶狀皰疹發病率的疫苗。另一家 mRNA 大廠莫德納,也在研發能預防生殖器皰疹和帶狀皰疹病毒疫苗。

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除此之外,莫德納開發的黑色素瘤 mRNA 疫苗與默克的藥物合併療法,在去年底公布中期臨床試驗結果,顯示能降低 44% 的死亡率及復發風險,臨床試驗也將在 2023 年進入最後階段。

這些將在 2023 年揭曉的成果,將拓展人類使用 mRNA 疫苗對抗疾病的手段。

新一代 mRNA 疫苗正蓄勢待發。圖/Envato Elements

No.8 CRISPR 療法獲批准

由於之前的臨床試驗結果很不錯,CRISPR 基因編輯療法極有可能會在今年首次正式通過批准!

這種 exagamlogene autotemcel(exa-cel)療法,是由美國波士頓的 Vertex Pharmaceuticals 和英國劍橋的 CRISPR Therapeutics 公司共同開發。用超簡化的方式來説,治療方法就是先收集一個人自己的幹細胞,接著用 CRISPR-Cas9 編輯修正幹細胞中有缺陷的基因,最後再把這些細胞輸回人體。

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Vertex 公司預計會在 3 月向美國 FDA 申請批准,讓 exa-cel 療法可以用於治療 β-地中海貧血或鐮狀細胞病的患者。

然而,隨著療法上市,相關的討論預期也將甚囂塵上……。

CRISPR 基因編輯療法極有可能在今年正式通過批准。圖/Envato Elements

No.7 阿茲海默有藥醫

美國 FDA 將在年初宣布,Eisai 製藥公司和 Biogen 生技公司開發的 lecanemab,是否可以用來治療阿茲海默患者。

該藥物就像一台大腦專用的掃地機器人,為單克隆抗體,可以清除大腦中積累的 β 澱粉樣蛋白;在包含了 1785 名早期阿茲海默患者的臨床試驗中顯示,比起安慰劑,能減緩認知能力下降的速度約 27%。不過,有些科學家認為這效果只能說是還好,也有些擔心藥物不夠安全。

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無獨有偶,另一款由美國的 Anavex Life Sciences 開發的阿茲海默藥物 blarcamesine,目前也正在臨床試驗階段;它能啟動一種可提高神經元穩定性及相互連接能力的蛋白質,就像是幫神經元升級了連線速度與品質,估計在今年會持續帶來新消息。

blarcamesine 能幫神經元升級連線速度與品質。圖/Envato Elements

No.6 迷幻療法

2023 年,也極可能立下迷幻藥被用於醫療用途的里程碑。

多個相關臨床研究都進展到第三期,例如為 PTSD 創傷後症候群設計的新療法,結合了心理治療與 MDMA 亞甲二氧甲基苯丙胺,也就是所謂的搖頭丸,在臨床三期中,67% 的患者不再被診斷有 PTSD。

而來自迷幻蘑菇的裸蓋菇素,則被用來治療難治型憂鬱症,其臨床二期結果令人鼓舞。233 名難治型憂鬱症患者分成三組,在服用不同劑量裸蓋菇素後,每一組的憂鬱症量表分數都降低;而劑量最重的那組,其降幅最顯著。

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最後是 K 他命,竟然成為對抗酒精使用障礙的療法!酒精使用障礙包括酗酒、酒精依賴、成癮等,86% 的臨床試驗病人,在接受新療法後六個月,持續戒除酒精。

然而,也有科學家警告這些樂觀訊息中有炒作成份,就讓我們持續關注吧!

迷幻藥能有效治療病情!?圖/Envato Elements

看到這你可能會想,第六到十名怎麼都是跟醫療健康有關的大事件呢?別急!在下一篇中,我們接著介紹更精采的第五到第一名!

也歡迎大家跟我們分享,你知道的、即將在 2023 年發生的科學大事件!

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期待在 2023 年即將發生的科學大事件!圖/GIPHY

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霍亂也有自己的免疫系統?想要入侵人體,卻不想被感染!
寒波_96
・2022/05/19 ・3396字 ・閱讀時間約 7 分鐘

由霍亂弧菌(Vibrio cholerae)引發的霍亂,是常見的人類傳染病。有意思的是,霍亂弧菌這般能入侵生物體的細菌,本身也會被病毒等異形入侵,有免疫的需求。

引起霍亂的霍亂弧菌。圖 / Wikimedia

在最近發表的論文中,霍亂向我們展現了以前未知的免疫手法,不但能抵抗病毒,還能對付「質體」。霍亂究竟如何避免成為宿主的命運?質體又是什麼呢?[參考資料 1, 2]

細菌 vs 質體 vs 病毒大亂鬥:細菌也不想被寄生

細菌和人類一樣,都是用染色體上的 DNA 承載遺傳訊息。不過除了染色體以外,細菌也常常配備額外的「質體(plasmid)」,它們是 DNA 圍成的圈圈,獨立於細菌的染色體之外,具有自己的遺傳訊息,會自己複製。

細菌的遺傳物質,除了自己的染色體外,時常還額外攜帶數量不一的質體。圖/Bacterial DNA – the role of plasmids 

質體如果單方面依賴細菌供養、當個快樂的寄生蟲,那麼對細菌來說,質體就是個占空間的東西,只會耗費宿主的資源,對細菌是最差的狀況。但是,質體上也有基因,如果那些基因具備抗藥性等作用,那質體便對細菌有利。換句話說,質體和細菌的關係並不一定,有可能是有利、有害,或是沒有利也沒有害,視狀況而定。

細菌有時候具備攻擊質體的能力,例如近來作為基因改造工具而聲名大噪的 CRISPR,原本便是細菌用來抵禦病毒、質體的免疫系統。神奇的是,許多攻擊目標為質體的 CRISPR 套組,本身就位於質體上頭,令人懷疑其動機不單純。

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比方說,A 質體攜帶一套攻擊 B 質體的 CRISPR,那麼 A 質體的目的,到底是保護自己寄宿的細菌不被 B 質體入侵,或是維護自己的地位不要被 B 質體搶走呢?不好說,不好說。

細菌對付質體的手段除了 CRISPR,還有一招是利用「Argonaute」蛋白質,啟動針對質體的排外機制;有時候兩者兼備,就是不給質體活路。[參考資料 3]

了解上述資訊,便能體會霍亂新研究的奧妙:質體無法生存的霍亂弧菌,既沒有 CRISPR,亦沒有 Argonaute,卻有以前不知道的另外兩招。

沒有質體的霍亂弧菌

儘管大家的印象中,霍亂就是一款危害人類的傳染病,不過野生的霍亂弧菌有很多品系,除了 O1 和 O139 兩個亞型之外,大部分其實不怎麼會感染人類。歷史上霍亂有過七次大流行,目前第七次大流行的型號為 O1 旗下的 E1 Tor,也稱作 7PET。

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過往導致大流行的型號以及野生霍亂品系,細菌中一般都帶著質體,可是如今廣傳的 E1 Tor 卻常常沒有。假如人為將質體送進細菌體內,一開始倒是沒什麼阻礙,可是複製繁殖十代以後的細菌,卻幾乎不再擁有質體。

因此我們可以假設,霍亂第七次大流行的主角,可能比同類們多出些什麼,讓它新增了排除質體的能力。既然不是其餘細菌使用的 CRISPR 與 Argonaute,應該是某種目前未知的手段。

研究者一番搜尋後,從霍亂基因組上找到 2 處有關係的區域,稱它們為 DdmABC 和 DdmDE(Ddm 為 DNA-defence module 縮寫),兩者各自都有排擠新質體的能力,一起合作效果更好。

霍亂弧菌有 2 個染色體(左、右),DdmABC 位於第一號染色體(左)的 VSP-II 區域(圖中寫成 VSP-2),DdmDE 位於 VPI-2 區域。圖/Molecular insights into the genome dynamics and interactions between core and acquired genomes of Vibrio cholerae

兩套手法獨立運作,就是不要讓質體留下!

DdmABC 與 DdmDE 都能替霍亂細胞排除質體,但是運作方式不同。

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DdmDE 會直接攻擊,令質體無法繼續在細菌體內生存,尤其容易攻擊比較小的質體;這個攻擊過程中,應該有其他蛋白質參與,不過詳細機制仍有待探索。

負責打擊質體的 DdmDE,其基因周圍還有兩套免疫系統的基因:R/M 與 Zorya,它們的任務都是消滅入侵的噬菌體(感染細菌的病毒)。因此霍亂的染色體上,這些基因共同構成一組對抗外來異形的陣地,稱為防禦島(defence island)。

DdmABC 則似乎更傾向「促進選汰」的手法,霍亂如果攜帶質體,不論質體自身大小,DdmABC 都會產生毒性;這使得質體數目較少的細菌,繁殖時產生競爭優勢,多代以後脫穎而出的霍亂,將剩下不再攜帶質體的個體。

有意思的是,霍亂細胞的 DdmABC 能排擠質體,也能屠殺入侵的噬菌體。所以它是一套雙重功能的免疫系統,同時防禦噬菌體和質體這兩種異形。

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霍亂弧菌中 DdmABC 與 DdmDE 為兩套獨立運作的免疫系統,DdmABC 能排除入侵的病毒和質體,DdmDE 會直接攻擊質體。圖/參考資料 2

演化上 DdmABC 與 DdmDE 從何而來呢?在資料庫中比對 DNA 序列,ABCDE 這 5 個基因都找不到非常相似的近親基因,所以本題暫時不得而知。

其餘霍亂同類都沒有這兩串基因,所以它們是 E1 Tor 品系新獲得的玩意;幾個新基因組合形成新功能,或許有助於 E1 Tor 當年在霍亂內戰中勝出,成為第七次大流行的主角。總之,它們都通過長期天擇競爭的考驗,贏得一席之地。

質體對細菌可能有害也可能有利,若是通通不要,等於是徹底斷絕獲利的機會。如今廣傳的這款霍亂,為什麼演化成這般樣貌,值得持續探索。

一隻細菌配備對付不同入侵者的多款免疫系統,一如一艘巡洋艦配備的多款防禦系統,不論敵人從陸地、海面、空中發射飛彈,或是從海底用魚雷攻擊,都有防守的應變手段。然而,再怎麼周詳的防禦設計,都有被突破的機會。圖/wiki

戒備森嚴,多重防禦的細菌免疫

由這些研究我們可以觀察到,細菌儘管是只有一顆細胞的簡單生物,也配備多重免疫系統,抵抗各種入侵者。以極為成功的霍亂 E1 Tor 品系來說,它配備 R/M、Zorya、DdmDE 三款防禦病毒的機制,以及 DdmABC、DdmDE 兩套排擠質體的手法,能夠全方位對抗試圖入侵的病毒和質體。

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霍亂弧菌之外的許多細菌,又配備記錄入侵者遺傳訊息的 CRISPR 系統,精準識別目標並且攻擊,類似人類的後天免疫。CRISPR 此一特質,使它變成智人的基因改造工具。

而類似先天免疫,無差別切割入侵者的 R/M 系統,其各種限制酶(restriction enzyme),早已從 1970 年代起成為常見的基因改造工具,可謂分子生物學實驗的元老。

新發現霍亂的 DdmABC、DdmDE 免疫系統,除了增加學術知識,也有應用潛力。探索細菌、質體、病毒間的大亂鬥,不只能認識更多免疫與演化,也可能找到對付細菌的新招,還有機會啟發分子生物學的新工具。

延伸閱讀

參考資料

  1. Jaskólska, M., Adams, D. W., & Blokesch, M. (2022). Two defence systems eliminate plasmids from seventh pandemic Vibrio cholerae. Nature, 1-7.
  2. Cholera-causing bacteria have defences that degrade plasmid invaders
  3. Kuzmenko, A., Oguienko, A., Esyunina, D., Yudin, D., Petrova, M., Kudinova, A., … & Kulbachinskiy, A. (2020). DNA targeting and interference by a bacterial Argonaute nuclease. Nature, 587(7835), 632-637.

本文亦刊載於作者部落格《盲眼的尼安德塔石匠》暨其 facebook 同名專頁

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寒波_96
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生命科學碩士、文學與電影愛好者、戳樂黨員,主要興趣為演化,希望把好東西介紹給大家。部落格《盲眼的尼安德塔石器匠》、同名粉絲團《盲眼的尼安德塔石器匠》。