巴斯德與狂犬病疫苗 │ 科學史上的今天：07/06

本文由 建研所 委託，泛科學企劃執行。 

當你走進一棟建築，是否能感受到它對環境的友善？或許不是每個人都意識到，但現今建築不只提供我們居住和工作的空間，更是肩負著重要的永續節能責任。

綠建築標準的誕生，正是為了應對全球氣候變遷與資源匱乏問題，確保建築設計能夠減少資源浪費、降低污染，同時提升我們的生活品質。然而，要成為綠建築並非易事，每一棟建築都需要通過層層關卡，才能獲得標章認證。

為推動環保永續的建築環境，政府自 1999 年起便陸續著手推動「綠建築標章」、「智慧建築標章」以及「綠建材標章」的相關政策。這些標章的設立，旨在透過標準化的建築評估系統，鼓勵建築設計融入生態友善、能源高效及健康安全的原則。並且政府在政策推動時，為鼓勵業界在規劃設計階段即導入綠建築手法，自 2003 年特別辦理優良綠建築作品評選活動。截至 2024 年為止，已有 130 件優良綠建築、31 件優良智慧建築得獎作品，涵蓋學校、醫療機構、公共住宅等各類型建築，不僅提升建築物的整體性能，也彰顯了政府對綠色、智慧建築的重視。

說這麼多，你可能還不明白建築要變「綠」、變「聰明」的過程，要經歷哪些標準與挑戰？

綠建築標章	智慧建築標章	綠建材標章

第一招：依循 EEWH 標準，打造綠建築典範

環境友善和高效率運用資源，是綠建築（green building）的核心理念，但這樣的概念不僅限於外觀或用材這麼簡單，而是涵蓋建築物的整個生命週期，也就是包括規劃、設計、施工、營運和維護階段在內，都要貼合綠建築的價值。

關於綠建築的標準，讓我們先回到 1990 年，當時英國建築研究機構（BRE）首次發布有關「建築研究發展環境評估工具（Building Research Establishment Environmental Assessment Method，BREEAM®）」，是世界上第一個建築永續評估方法。美國則在綠建築委員會成立後，於 1998 年推出「能源與環境設計領導認證」（Leadership in Energy and Environmental Design, LEED）這套評估系統，加速推動了全球綠建築行動。

臺灣在綠建築的制訂上不落人後。由於臺灣地處亞熱帶，氣溫高，濕度也高，得要有一套我們自己的評分規則——臺灣綠建築評估系統「EEWH」應運而生，四個英文字母分別為 Ecology（生態）、Energy saving（節能）、Waste reduction（減廢）以及 Health（健康），分成「合格、銅、銀、黃金和鑽石」共五個等級，設有九大評估指標。

我們就以「台江國家公園」為例，看它如何躍過一道道指標，成為「鑽石級」綠建築的國家公園！

位於臺南市四草大橋旁的「台江國家公園」是臺灣第8座國家公園，也是臺灣唯一的濕地型的國家公園。同時，還是南部行政機關第一座鑽石級的綠建築，其外觀採白色系列，從高空俯瞰，就像在一座小島上座落了許多白色建築群的聚落；從地面看則有臺南鹽山的意象。

因其地形與地理位置的特殊，生物多樣性的保護則成了台江國家公園的首要考量。園區利用既有的魚塭結構，設計自然護岸，保留基地既有的雜木林和灌木草原，並種植原生與誘鳥誘蟲等多樣性植物，採用複層雜生混種綠化。以石籠作為擋土護坡與卵石回填增加了多孔隙，不僅強化了環境的保護力，也提供多樣的生物棲息環境，使這裡成為動植物共生的美好棲地。

第二招：想成綠建築，必用綠建材

要成為一幢優秀好棒棒的綠建築，使用在原料取得、產品製造、應用過程和使用後的再生利用循環中，對地球環境負荷最小、對人類身體健康無害的「綠建材」非常重要。

這種建材最早是在 1988 年國際材料科學研究會上被提出，一路到今日，國際間對此一概念的共識主要包括再使用（reuse）、再循環（recycle）、廢棄物減量（reduce）和低污染（low emission materials）等特性，從而減少化學合成材料產生的生態負荷和能源消耗。同時，使用自然材料與低 VOC（Volatile Organic Compounds，揮發性有機化合物）建材，亦可避免對人體產生危害。

在綠建築標章後，內政部建築研究所也於 2004 年 7 月正式推行綠建材標章制度，以建材生命週期為主軸，提出「健康、生態、高性能、再生」四大方向。舉例來說，為確保室內環境品質，建材必須符合低逸散、低污染、低臭氣等條件；為了防溫室效應的影響，須使用本土材料以節省資源和能源；使用高性能與再生建材，不僅要經久耐用、具高度隔熱和防音等特性，也強調材料本身的再利用性。

在台江國家公園內，綠建材的應用是其獲得 EEWH 認證的重要部分。其不僅在設計結構上體現了生態理念，更在材料選擇上延續了對環境的關懷。園區步道以當地的蚵殼磚鋪設，並利用蚵殼作為建築格柵的填充材料，為鳥類和小生物營造棲息空間，讓「蚵殼磚」不再只是建材，而是與自然共生的橋樑。園區的內部裝修選用礦纖維天花板、矽酸鈣板、企口鋁板等符合綠建材標準的系統天花。牆面則粉刷乳膠漆，整體綠建材使用率為 52.8%。

在日常節能方面，台江國家公園也做了相當細緻的設計。例如，引入樓板下的水面蒸散低溫外氣，屋頂下設置通風空氣層，高處設置排風窗讓熱空氣迅速排出，廊道還配備自動控制的微噴霧系統來降溫。屋頂採用蚵殼與漂流木創造生態棲地，創造空氣層及通風窗引入水面低溫外企，如此一來就能改善事內外氣溫及熱空氣的通風對流，不僅提升了隔熱效果，減少空調需求，讓建築如同「與海共舞」，在減廢與健康方面皆表現優異，展示出綠建築在地化的無限可能。

在綠建材的部分，另外補充獲選為 2023 年優良綠建築的臺南市立九份子國民中小學新建工程，其採用生產過程中二氧化碳排放量較低的建材，比方提高高爐水泥（具高強度、耐久、緻密等特性，重點是發熱量低）的量，並使用能提高混凝土晚期抗壓性、降低混凝土成本與建物碳足跡的「爐石粉」，還用再生透水磚做人行道鋪面。

同樣入選 2023 年綠建築的還有雲林豐泰文教基金會的綠園區，首先，他們捨棄金屬建材，讓高爐水泥使用率達 100%。別具心意的是，他們也將施工開挖的土方做回填，將有高地差的荒地恢復成平坦綠地，本來還有點「工業風」的房舍告別荒蕪，無痛轉綠。

等等，這樣看來建築夠不夠綠的命運，似乎在建材選擇跟設計環節就決定了，是這樣嗎？當然不是，建築是活的，需要持續管理–有智慧的管理。

第三招：智慧管理與科技應用

我們對生態的友善性與資源運用的效率，除了從建築設計與建材的使用等角度介入，也須適度融入「智慧建築」（intelligent buildings）的概念，即運用資通訊科技來提升建築物效能、舒適度與安全性，使空間更人性化。像是透過建築物佈建感測器，用於蒐集環境資料和使用行為，並作為空調、照明等設備、設施運轉操作之重要參考。

為了推動建築與資通訊產業的整合，內政部建築研究所於 2004 年建立了「智慧建築標章」制度，為消費者提供判斷建築物是否善用資通訊感知技術的標準。評估指標經多次修訂，目前是以「基礎設施、維運管理、安全防災、節能管理、健康舒適、智慧創新」等六大項指標作為評估基準。
以節能管理指標為例，為了掌握建築物生命週期中的能耗，需透過系統設備和技術的主動控制來達成低耗與節能的目標，評估重點包含設備效率、節能技術和能源管理三大面向。在健康舒適方面，則在空間整體環境、光環境、溫熱環境、空氣品質、水資源等物理環境，以及健康管理系統和便利服務上進行評估。

樹林藝文綜合大樓在設計與施工過程中，充分展現智慧建築應用綜合佈線、資訊通信、系統整合、設施管理、安全防災、節能管理、健康舒適及智慧創新 8 大指標先進技術，來達成兼顧環保和永續發展的理念，也是利用建築資訊模型（BIM）技術打造的指標性建築，受到國際矚目。

在興建階段，為了保留基地內 4 棵原有老樹，團隊透過測量儀器對老樹外觀進行精細掃描，並將大小等比例匯入 BIM 模型中，讓建築師能清晰掌握樹木與建築物之間的距離，確保施工過程不影響樹木健康。此外，在大樓啟用後，BIM 技術被運用於「電子維護管理系統」，透過 3D 建築資訊模型，提供大樓內設備位置及履歷資料的即時讀取。系統可進行設備的監測和維護，包括保養計畫、異常修繕及耗材管理，讓整棟大樓的全生命週期狀況都能得到妥善管理。

智慧建築導入 BIM 技術的應用，從建造設計擴展至施工和日常管理，使建築生命周期的管理更加智慧化。以 FM 系統 ( Facility Management，簡稱 FM ) 為例，該系統可在雲端進行遠端控制，根據會議室的使用時段靈活調節空調風門，會議期間開啟通往會議室的風門以加強換氣，而非使用時段則可根據二氧化碳濃度調整外氣空調箱的運轉頻率，保持低頻運作，實現節能效果。透過智慧管理提升了節能效益、建築物的維護效率和公共安全管理。

總結

綠建築、綠建材與智慧建築這三大標章共同構建了邁向淨零碳排、居住健康和環境永續的基礎。綠建築標章強調設計與施工的生態友善與節能表現，從源頭減少碳足跡；綠建材標章則確保建材從生產到廢棄的全生命週期中對環境影響最小，並保障居民的健康；智慧建築標章運用科技應用，實現能源的高效管理和室內環境的精準調控，增強了居住的舒適性與安全性。這些標章的綜合應用，讓建築不僅是滿足基本居住需求，更成為實現淨零、促進健康和支持永續的具體實踐。

國安危機！為什麼葡萄酒變酸了？

在上一集中，我們聊到了十七世紀，荷蘭科學家 aka 手作達人雷文霍克，以他那充滿手工溫度的兩百五十臺顯微鏡，以及一百七十二塊鏡片，為世人展示了「微型動物」（微生物）的世界。

然而在雷文霍克之後，除了斯巴蘭札尼神父曾經投以關愛的眼神，做了一些相關的實驗與研究，微生物似乎逐漸被眾人遺忘。

一直到微生物學的奠基者，巴斯德（Louis Pasteur）的出現，微生物的存在終於開始閃閃發光。一開始，巴斯德是打算進行「自然發生說」的相關實驗，沒想到，一個可能動搖國本的問題卻找上了他。

在浪漫優雅的法國，飲酒文化與釀酒事業同樣歷史悠久，然而，當時的酒商與釀酒廠負責人卻天天急得跳腳，一點也浪漫不起來。

原來，釀酒這門手藝太過精細，只要一不小心，酒廠生產的酒很可能就會酸化變質，不僅造成商譽與營運的巨大損失，也會影響市場供應的穩定性。

生活不能缺少微醺的感覺，釀酒業的危機，簡直就是國安危機，巴斯德義無反顧的決定伸出援手。

於是，巴斯德拿出科學家的精神，仔細研究了整個釀酒過程，收集、觀察製程中，不同時間的發酵液，並且分析、比較這些酒液的不同。

經過一次一次的培養與試驗，巴斯德終於發現，在顯微鏡下，正常的發酵液中，有一種形狀圓圓的球體小生物（也就是酵母菌）；而那些發酵失敗、變酸的酒液中，則可以看見一種又細又長的桿狀小生物（乳酸菌是也）。

抓出讓酒精變質的小小兇手

一八五七年八月，巴斯德發表了他的研究成果，這篇論文，可以說是現代微生物學的開山之作。論文中指出，發酵，是涉及某些特定的細菌、黴菌、酵母菌等微生物的活動。

這些研究不僅拯救了釀酒業，也影響著食品業與醫藥產業。當時的科學界一度認為，發酵與食物腐敗、傷口發炎等現象，是可以畫上等號的，因此啟發了一名外科醫師的抗菌革命之路（這段故事我們後面再聊，先賣個關子）。

回到釀酒業的危機處理之上，雖然揪出了讓酒變酸的凶手，但巴斯德的工作還沒有完成，還得找出一勞永逸的方法，才算是功德圓滿。

經過一番苦思冥想，巴斯德最後採用的是加熱滅菌法，這種方法，如今也被稱為「巴斯德消毒法」（pasteurization）。

我們都知道，加熱是個有效的滅菌方式，巴斯德將釀好的酒，短暫、而且小心翼翼的加熱，直到攝氏五十至六十度，藉此殺死那些可能讓酒變質的細菌。如此一來，不僅能讓酒長斯保存，也不會犧牲酒的口感，是不是很讚！

陷入絕境的養蠶業：蠶寶寶為什麼會生病？

感謝飛天小女警，啊不，是巴斯德的努力，一天又平安的過去了，釀酒業終於恢復了平靜。然而，一八六五年，法國農村再次遭遇危機。

雍容華貴的絲綢，是廣受貴族喜愛的高級布料，養蠶、攪絲、織布，也是當時法國農村的一大主力產業。沒想到，一種傳播快速、並且容易致死的疾病，卻在蠶寶寶界蔓延開來，蠶農們對此束手無策，養蠶業因此陷入絕境。

在昔日師長的建議之下，巴斯德決定投身於蠶病研究，為蠶寶寶尋得一線生機。

在此之前，他並沒有養過蠶，也缺乏相關知識。於是他動身前往法國南部，花了五年的時間，在第一線的蠶病疫區進行研究。

透過顯微鏡，巴斯德在病蠶的身體裡，發現了一些微小的病原體。

同樣的，溯源之後還得找出根治方法，巴斯德除了研究鑑定方法，以幫助蠶農辨認染病的蠶寶寶之外，也建議蠶農對病蠶進行隔離。

篩檢與隔離，加上選擇性育種與提高蠶群的清潔度，巴斯德提出的「蠶界防疫新生活」，不但拯救了無數蠶寶寶的性命，也讓瀕臨崩潰的法國絲綢獲得喘息。

在釀酒業與養蠶業分別取得成功之後，巴斯德於是將目光從經濟產業轉向醫療產業。

這些肉眼看不見的微生物，既然可能讓酒變酸，也可能讓蠶生病，是不是也可能引發人類的疾病？如果真是如此，只要知道如何躲避生物的攻擊，或許就能增加戰勝疾病的可能性。

──本文摘自《厲害了，我的生物》，2022 年 9 月，聚光文創，未經同意請勿轉載。

在新冠肺炎的陰影之下，疫苗接種已是民眾每天都在談論的話題。不過你知道除了打針接種疫苗，也有所謂的「自我傳播疫苗」嗎？這類疫苗可以在接種給少數個體後，藉由這些個體將疫苗傳播給其他未接種的個體上（Nuismer & Bull, 2020）。接下來讓我們一起了解這種特殊的疫苗形式吧。

野生動物也要打疫苗？

現在的公衛體系如此發達，要給人接種疫苗並不困難，那為何需要這種能「自我傳播」的疫苗呢？其實這種疫苗的施打對象並不是人類，而是野生動物。那為何要給野生動物施打疫苗呢，這就與「人畜共通傳染病」有關了。

許多重大傳染疾病的來源，是人畜共通傳染病，也就是可以經由動物傳染給人的傳染病。這些疾病的病原體原本只能感染動物，但隨著病原體在動物群體內不斷感染的同時，病原體也不斷在演化，最終病原體就演化出能感染人的能力。而當人與這些被感染的動物接觸後，往往就是疫情爆發的開端。從禽流感、AIDS、SARS、伊波拉到現在肆虐全球的新冠肺炎 （雖然新冠肺炎是否源於野生動物仍有爭議），這些人畜共通傳染病都對人類的健康造成巨大的威脅。根據美國國際開發署（U.S.Agency for International Development）在 2009-2019 年間的研究顯示，有 1,000 多種可能導致人畜共通傳染病的新病毒在野生動物身上被發現。可以肯定的是，新冠肺炎絕不會是最後一個人畜共通傳染病，人類未來必定還會再遇到。

面對潛伏在野外的人畜共通傳染病的威脅，難道我們只能被動地應對嗎？其實針對這個隱憂，科學家就提出不少應對方案，而其中一個方法，就是給動物施打疫苗。只要能給動物施打疫苗，阻止病原體在動物間的傳播，就能大大降低病毒的演化與對人類的威脅了。不過講得容易，做的難〜

養殖動物我們還能逐一為其施打疫苗，但要給野生動物施打疫苗，就是非常艱鉅的任務了。過去曾有用誘捕給野生動物施打疫苗的方式，雖然這有一定的效果，但只適用能被誘捕的動物，而且這種方式很難在野生動物中達到群體免疫的效果。另外不少野生動物生活在偏遠地區，我們難以誘捕，況且就算真到了牠們的棲地，牠們可不會乖乖地捲起袖子排隊等著你施打疫苗。

為了突破這些施打疫苗的限制，科學家就提出一個想法：製造一種能在野生動物之間自然擴散的自我傳播疫苗 （Self-disseminating vaccines）。而發表在 Nature Ecology & Evolution 的文章，就對自我傳播疫苗進行回顧（Nuismer & Bull, 2020）。

自我傳播疫苗的兩個類型

自我傳播疫苗主要分為兩類：可轉移疫苗 （transferable vaccines）和傳播性疫苗（transmissible vaccines），兩類疫苗都是希望藉由給少數個體施打疫苗後，讓疫苗能在野生動物群體間自然散播，以達到群體免疫的效果。不過這兩類疫苗的傳播方式並不相同，下面就分別介紹這兩類自我傳播疫苗。

可轉移疫苗

在一隻蝙蝠的毛皮塗上一些疫苗物質，當牠回到自己的棲息地，其他蝙蝠會因梳理該蝙蝠的毛皮而接觸到疫苗，藉此達到散播疫苗的目的。

這個方法乍看之下傳播疫苗的效率並不高，不過根據計算，只要少數的個體攜帶可轉移疫苗，這種方式能讓足夠多的個體獲得免疫能力，從而根除病原體的。

但光有理論不夠，作者另外找到格拉斯哥大學於 2017 年，在秘魯針對吸血蝙蝠群體進行的可轉移疫苗對的研究。該研究找了三個蝙蝠群體，每個群體至少都有 200 隻蝙蝠。他們在每個群體中 20 到 60 隻蝙蝠的背部塗上含螢光的生物物質，一旦其他蝙蝠沾到這些物質，牠們的毛髮也會發出螢光。一段時間後，研究團隊分析群體中發螢光的個體數量，結果顯示至少 84% 的蝙蝠都會發螢光。這個研究的結果若應用到真正的狂犬病可轉移疫苗上，有很大的機率能讓夠多的蝙蝠產生對狂犬病的免疫能力，從而可以減少狂犬病爆發的頻率、規模和持續時間（Bakker et al., 2019）。

傳播性疫苗

此類疫苗由活的病原體經修飾弱化後製成。將疫苗施打在少數個體上，就能利用病原體本身的感染能力，在群體間造成大規模的傳播。同時病原體因經過修飾弱化，其感染後的症狀已大幅降低，不會對群體造成太多傷害。

這個方法面對數量龐大的野生動物群體是理想的做法，但風險並不小。雖然是使用修飾後的弱化病原體，但一旦設計上稍有不慎，很可能會讓這個病原體在動物群體中演化成新型疾病。因此比起直接使用修飾的病原體，重組疫苗 （recombinant vaccine） 是更安全的選擇。

重組疫苗簡單說就是將病原體的基因放到對宿主無害的病毒中，這樣就能借助病毒將疫苗散播到群體中。如果病毒在散播過程中遺失了病原體的基因也沒關係，因為剩下的病毒載體也對宿主無害。

在 1990 年代，馬德里動物健康研究中心的研究團隊，就曾測試過傳播性疫苗的效力。當時在西班牙一些小島上的野生兔子，正處在受致命出血性病毒感染的危機之中。研究團隊設計出重組疫苗，並將其散播在一個島上。一段時間後，研究團隊抽取當地兔子的血清進行分析，他們發現約一半的兔子其血清內都有能對抗出血性病毒的有效抗體，而且兔子並沒有出現其他副作用。顯示應用重組疫苗的傳播性疫苗，確實可行且有效（Torres et al., 2001）！

另外隨著分子生物技術的快速發展，現在我們已能精準設計出重組疫苗的使用期限，如此在給野生動物散播疫苗的同時，也能大幅降低病原體基因在疫苗中演化出有害突變的可能。

使用自我散播疫苗的注意事項

雖然自我散播疫苗看起來是預防人畜共通傳染病的實用方法，但若真施行起來，仍有不少問題要克服。

首先是病原體預測的問題。前面提到美國國際開發署的研究顯示，在野外會造成人畜共通傳染病的可能病原體數量非常之多。我們要如何準確預測下一個可能引起人類大規模感染的病原體，並不容易。如果不能準確預測病原體，就無法知道該病原體的宿主——也就是野生動物群體，我們就難以設計出相對應的自我散播疫苗。

不同野生動物的生活模式，會影響自我散播疫苗的使用。例如前面提到的可轉移疫苗，用在會為彼此理毛的蝙蝠或許適用，但其他動物若沒有這種親密的肢體接觸，這種方法就不適合了。因此必須先知道野生動物的生活模式，才能決定使用的疫苗種類與方式。

另外在將任何生物性物質釋放到自然前，安全與生態的考量是非常重要的。我們都不希望放出的自我散播疫苗，最終變成危害自然甚至是人類的殺手。

縱使仍有許多困難要克服，但使用自我散播疫苗的吸引力日益增加中。這次肆虐全球的新冠肺炎疫情，不僅威脅人類的健康，更對社會與經濟造成難以估計的損失。如果能在事前就阻斷病毒在野生動物間的傳染，這個成本明顯比疫情大爆發對人類社會的影響更低，因此越來越多的國家和研究單位，投入大量的資金到自我散播疫苗的相關研究上。

俗話說：「危機就是轉機」。這次的新冠肺炎疫情讓人們意識到，面對潛伏於野外的人畜共通傳染病，我們不能再被動應對了。是時候主動出擊，將下一波可能造成大流行的病原體，用自我散播疫苗等方法將其隔絕！

參考資料

1. Nuismer, S.L., Bull, J.J. Self-disseminating vaccines to suppress zoonoses. Nat Ecol Evol 4, 1168–1173 (2020).
2. 人畜共通傳染病
3. Bakker KM, Rocke TE, Osorio JE, Abbott RC, Tello C, Carrera JE, Valderrama W, Shiva C, Falcon N, Streicker DG. Fluorescent biomarkers demonstrate prospects for spreadable vaccines to control disease transmission in wild bats. Nat Ecol Evol. 2019 Dec;3(12):1697-1704.
4. Torres JM, Sánchez C, Ramírez MA, Morales M, Bárcena J, Ferrer J, Espuña E, Pagès-Manté A, Sánchez-Vizcaíno JM. First field trial of a transmissible recombinant vaccine against myxomatosis and rabbit hemorrhagic disease. Vaccine. 2001 Aug 14;19(31):4536-43.