自然的生命用完全不同的手段來創造各種物質，不管是甲蟲炫彩裡的奈米結構，還是吸收光能的植物葉綠體，自然界的生物總是一次又一次說明：生命遺傳物質所擁有的物質控制能力遠比人的想像還要高得多–總可以在溫和的環境創造出可以自我複製與修復的功能性結構。
在以往，要以人工進行演化是曠日費工的，但是目前的生物技術發展已經給了人們新的能力，去探索各種基因序列與各種元素物質互動的可能性。經由把跟物質的作用寫入基因，這樣的工程技術就可以進入生物演化循環然後加以演化改進。這個演講也許是一個新的研究領域的嘗試，透過培養各種不同序列的病毒，選擇出可以跟不同物質作用的蛋白質結構，像是可以跟奈米碳管結合的結構、可以跟染料結合的結構等。如此結合後的結構序列因為是利用改變病毒的基因序列來完成，所以可以經由一代一代的選擇加以改良，目前已經開始有初步的成效，像是可以做出以病毒接和奈米碳管的電池，或是染料太陽能電池等。
雖然這樣的方式在目前可能沒有辦法立刻比得上現有的製造工藝，不過這種方式所隱含的思維，與建構複雜結構的可能性，或許在接下來的幾十年會陸續帶給人更多的驚奇！
轉載自 科學影像 scimage
今年四十歲的阿良哥（化名）在年輕時就常出現下背痛，但活動伸展後就緩解，因此不以為意。不料沒幾天後下背痛反覆發作，吃止痛藥症狀也沒改善，讓他難以入眠且心情憂鬱，最後駝背到腰挺不直、頸椎也出現僵硬，造成轉頭困難，甚至痛到無法下床，最後連工作都停擺，影響家庭經濟收入，讓他感覺跌入人生谷底。經輾轉到免疫風濕科檢查，確診罹患「僵直性脊椎炎」，經兩個月生物製劑治療後，大幅改善症狀，讓他恢復自信，迎向光明燦爛的人生。
中山醫學大學附設醫院副院長暨過敏免疫風濕科魏正宗醫師說明，僵直性脊椎炎好發於年輕族群，男女比為 3：1，病因多爲先天遺傳基因加上後天環境因素影響，僵直性脊椎炎與 HLA-B27（人類白血球抗原B27）有強烈的關聯性，根據研究顯示，有 95% 僵直性脊椎炎的患者都帶有 HLA-B27 基因，發病率約莫 10~20%；而後天環境因素包括受傷及感染（如細菌、病毒等），誘發異常的免疫發炎反應發生。
魏正宗醫師進一步說明，僵直性脊椎炎以脊椎為主要症狀，患者早上起床時會有下背僵硬疼痛現象，不過活動伸展後就會獲得紓緩，不像一般背痛需要休息才會改善，不過也容易造成患者忽略徵兆，錯失就醫良機。除了脊椎病變外，也會侵犯周邊關節及其他器官，包含周邊關節炎、虹彩炎、發炎性腸道疾病、皮膚乾癬及跟腱炎等，提醒有家族史的民眾若出現相關症狀，就應提高警覺及早就醫檢查。
魏正宗醫師說明，目前針對僵直性脊椎炎的治療，可分為非藥物治療及藥物治療：非藥物治療包括運動及生活改善，運動建議以有氧運動、溫和伸展操為主，如游泳、伸展運動、瑜伽體操或太極拳，應避免激烈運動。生活改善方面除了要維持作息規律、早睡早起等習慣外，保持身心愉悅也對疾病有很大的幫助，另外僵直性脊椎炎患者千萬不要抽菸，避免加劇疾病惡化。
藥物治療方面，魏正宗醫師表示，目前第一線治療以口服的非類固醇抗發炎藥物為主，主要在緩解患者疼痛症狀；而第二線可使用免疫調節劑，分為傳統口服的免疫調節劑及生物製劑，其中口服免疫調節劑可溫和調節患者免疫系統，但需要長期每天服用。目前有新型的生物製劑，可針對發炎因子進行精準阻斷，80~90% 的患者能獲得有效控制，加上已經通過健保給付，患者可以多與醫師溝通討論適合自己的藥物。
魏正宗醫師補充，過去對於懷孕或需要哺乳的女性僵直性脊椎炎患者，僅能使用少許安全藥物或採取停藥方式來控制病情，容易造成疾病復發，因此許多患者因而不敢結婚及生育，但隨著醫學持續進步發展，目前已有適合計畫懷孕患者及生育後哺乳使用的生物製劑，只要及早跟醫師溝通調整用藥，還是有機會可以懷孕生子。
魏正宗醫師提醒，罹患僵直性脊椎炎的患者不必過於難過害怕，只要遵守醫囑、定期回診，積極接受正規治療，就可以避免病情惡化，維持正常生活品質。
簡單的說，「合成生物學」就是把巧妙設計的基因片段放到細胞裡，讓細胞呈現出你想要的樣態、行為與產物！不過你知道這個技術原來可以參加國際比賽嗎？一年一度的國際合成生物學比賽 International Genetically Engineered Machine，簡稱 iGEM ，來自世界各地的團隊，運用合成生物學解決各種技術難題與社會議題！
本集泛泛泛科學就由中興大學 iGEM 團隊和大家談談他們參賽的經驗和想法。快來一起了解合成生物學以及 iGEM 競賽吧！
合成生物學就是透過將一段基因的片段或其他內容，將其經過設計後送至細胞內，並期望細胞能夠表現出特定的樣態、行為與產物。希望透過這樣的技術處理現今的技術難題與社會議題。
延伸閱讀：未來的生物科技發展方向—合成生物學
延伸閱讀： 合成生物學：基因「混搭」掀起的新革命！ ──《人類大未來》
iGEM，全名為 International Genetically Engineered Machine。從 2008 年開始，每年都會舉行，所以是已經舉辦了 13 屆的國際合成生物學比賽。每年平均有來自 40 多個國家，約 300 多個隊伍參與這場盛事。在臺灣，除了有固定幾所大學會參與比賽外，也有些高中會一同參與此比賽。而 iGEM 的宗旨，主要是希望可以藉著推廣合成生物學，讓不同團隊在集思廣益想出的好點子，可以最終實際應用到社會中，來解決各式各樣的難題。
延伸閱讀：International Genetically Engineered Machine
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為解決廢棄稻桿問題，取代台灣傳統上燃燒稻桿的做法。團隊研究兩種菌株：一種用來將稻桿轉化為醣類發酵液；另一種則產生促進微生物及植物生長的 PQQ，希望最終能達到循環農業的目的。
編按：「歲月靜好，現世安穩。」是胡蘭成寫下的名句，宣示此生只與張愛玲一人好好過生活，但後來胡蘭成卻深深傷害了張愛玲，最終以離婚收場。而新發現的英國 B.1.1.7 病毒株，也學會跟細胞說「歲月靜好，現世安穩」，等病毒在細胞內站好腳步，再無情地攻擊細胞！
2020 年初，SARS 二世冠狀病毒（SARS-CoV-2）從中國傳播到世界各地以後，發展出許多不同品系，有些傳染力更為強大，如今正在台灣廣傳，英國誕生的 B.1.1.7（WHO 稱為 Alpha）便是一種。
病毒入侵宿主細胞，主要依靠表面的 S 蛋白質（spike protein），它對細胞受器間的親和性相當重要，已知 S 蛋白質某些突變能增加傳染力。不過其它蛋白質的改變，也可能影響。
新研究指出 B.1.1.7 新型病毒，進入細胞後可以拮抗先天免疫反應，贏得茁壯的時間，從而增加傳染力。
人類的先天免疫系統非常複雜，作為外敵入侵時的第一線防禦，在適應性免疫（後天免疫）啟動後仍扮演重要角色。眾所皆知的白血球、巨噬細胞都屬於先天免疫戰隊，而這兒的先天免疫反應主要和「干擾素」有關。
病毒進入細胞後一但被識破，細胞會分泌第一型干擾素（type I interferon）到外頭，刺激自己外部的受器，啟動一連串應變機制對抗入侵的小壞壞。
由於是細胞自己影響自己，不是接受外來訊號，可謂細胞自發性（cell-autonomous）的反應，所以即使病毒已經入侵，只要一開始能壓制住，細胞也有機會恢復。當然病毒也不會坐以待斃，發展出許多反制手段。
病毒感染細胞後，干擾素啟動的免疫體系非常複雜，牽涉很多分子和傳訊線路。干擾素會干擾病毒的複製，病毒卻也能干擾干擾素的作用。
SARS 二世冠狀病毒非常適應人體，從一開始武漢的原版病毒便已經如此。而一年半後的研究得知：
除了 S 蛋白質的親和性很好以外，病毒進入細胞後，至少還有 10 種蛋白質會影響干擾素的免疫防禦。
一個人的免疫力是先天遺傳，與後天經驗綜合的結果。不同人的干擾素及其他免疫反應不一樣，能部分解釋不同人感染後嚴重程度、傳染能力的區別。假如剛好契合，病毒的殺傷力或傳染力就會更強，反之亦然。
之前研究便指出，干擾素缺陷會增加重症的機率。
而各種突變，也會造成病毒間的差異；有些遺傳組合，會導致更高的傳染力或殺傷力。
一年下來，SARS 二世冠狀病毒平均一個月累積 2 到 3 處改變，但是也觀察到少數案例，短時間內累積大量變異，可謂「總加速師」。擁有大量突變的病毒不一定比較強，但是激烈競爭下，強者更容易脫穎而出。
2020 年底，英國、南非、巴西這三個疫情嚴重的地區，以及幾個月後的印度，各自有傳染力增強，配備大量突變的總加速師崛起。
英國的 B.1.1.7、南非的 B.1.351、巴西的 P.1，和印度的 B.1.617.2，最近分別被 WHO 稱為 Alpha、Beta、Gamma、Delta，屬於「高關注變異株」（Variant of Concern，簡稱 VOC）。
英國總加速師最初在 2020 年 9 月被察覺，隨後存在感迅速增加，成為英國的主流型號，又入侵世界各地。
定義上，和親近的同類相比，它共有 23 處新突變，6 處不影響氨基酸；17 處影響蛋白質（因此常說是 17 處改變），其中 14 處改變氨基酸，3 處是刪除，少掉短短一段序列。
英國總加速師的殺傷力是否增加，不同分析見解不一，不過公認傳染力明顯變強。S 蛋白質上的變異對病毒入侵有所幫助，現在知道，其他蛋白質的改變也為病毒帶來正面影響。
為了比較不同病毒感染的差異，研究者以源自肺部表皮的 Calu-3 細胞株，體外培養測試不同款病毒。和總加速師比較的對象，是英國更早流行的 2 款病毒：IC19 和 VIC。
觀察得知，被總加速師感染的細胞，干擾素 interferon-β（IFN-β）的表現量降低，另外干擾素的免疫效果也變差。兩款前輩中，IC19 也能弱化干擾素的效果，或許是因為它和總加速師的 S 蛋白質都具有 D614 變異，而 VIC 沒有 D614G。
病毒感染後造成什麼影響？分析細胞中的 mRNA、蛋白質表現量，發現多種受到干擾素調控的下游基因（interferon stimulated gene，簡稱 ISG）表現量下降，和預期一致。
有趣的是，分析蛋白質磷酸化程度，得知感染後 10、24 小時兩個時段，磷酸化在早期大幅減低，後來卻恢復原狀。催化蛋白質磷酸化的酵素稱作激酶（kinase），磷酸化程度的改變與激酶有關，顯然也受到病毒影響。
歸納起來，SARS 二世冠狀病毒感染細胞後，會抑制細胞本身先天免疫的作用，讓病毒安心複製，而英國總加速師在這方面更進一步。
總加速師更能抑制干擾素，主要和 2 個非結構性蛋白質有關：Orf9b、Orf6。和前輩相比，Orf9b 的表現量大幅增加，Orf6 小幅增加，它們都能拮抗先天免疫反應。
進一步釐清，影響這些蛋白質的相關突變，似乎不會改變能力，而是增加它們的表現量；拮抗效果增強是由於量變多，而非品質更佳。
增加 Orf9b 基因表現量的一個因素，是旁邊 N 基因的 D3L 突變；Orf6 仍不清楚。除此之外，N蛋白質（nucleocapsid）的表現量也小幅上升，應該也有一同抑制先天免疫的效果。
病毒的 Orf9b 會影響人類的 TOM70，此一蛋白質是個粒線體受器，牽連干擾素啟動免疫反應的鏈條。Orf9b 上的 S50、S53 兩處位置能直接結合 TOM70，干擾它的作用，弱化先天免疫反應。
病毒的蛋白質 Orf9b 假如被磷酸化，就無法影響 TOM70。感染早期細胞的磷酸化程度降低，使得 Orf9b 可以干擾 TOM70，維持歲月靜好；而感染 24 小時後磷酸化恢復，Orf9b 失去抑制先天免疫的效果，不再現世安穩。
時間上的切換，讓研究者有一個大膽的想法。
病毒一開始入侵細胞時，希望的是歲月靜好，免疫系統不要吵不要鬧，病毒才能安心增殖。但是隨著病毒增加，下一階段要離開細胞，才能繼續收割新的韭菜。
「先靜後動」的脈絡下，不同時段 Orf9b 的改變很有道理。感染早期不要磷酸化，不啟動干擾素，缺乏免疫反應，病毒趁機悶聲發大財。一天後磷酸化恢復，細胞開始炎上，發炎狀態更有利病毒向外傳播。
「延遲免疫反應」是 SARS 二世冠狀病毒的適應法寶。即使只是武漢的原版病毒，宿主細胞被入侵後，往往也太慢啟動免疫機制，抑制病毒複製。而英國總加速師，更進一步強化這方面的技能，符合其感染者平均較晚出現症狀，也延長傳染時期的觀察。
由此可知，傳染力增加不只和 S 蛋白質有關，其他遺傳改變也可能有幫助。然而，就算病毒的傳染更厲害，我們還是可以減少人與人的連結，降低接觸的機率。病毒再強，碰不到人也是沒有用的！
另外我們也可以思考，病毒至少有 10 種蛋白質，能弱化人體細胞本身的干擾素免疫力；英國總加速師更突出其中幾種的角色，只是一條可能的路徑。
其他款傳染力變強的病毒，是否也遵循類似的邏輯？理論上可行，卻還沒有出現過的套路，也許會在未來現身？認識病毒變強的原因，可以找到方法協助細胞抵抗病毒嗎？
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。
延緩免疫發炎反應的話，突然才想到，那究竟引起重症的，是哪個成分或程序? 畢竟，目的是繁衍跟擴散，重症其實不見得會幫助個體間擴散? (當然，增加產生飛沫的咳嗽或噴嚏之類的成分或感染部位，算是在上呼吸道? 而感覺通常被關注的重症是下呼吸道? 但是上呼吸道跟發燒等症狀，很容易被現代衛生醫療當作識別目標? 肺炎不嚴重時，反而比較難被觀察?)
fierycloud
寒波
