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發現第一種抗生素:弗萊明誕辰│科學史上的今天:8/6

張瑞棋_96
・2015/08/06 ・908字 ・閱讀時間約 1 分鐘 ・SR值 511 ・六年級

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1928 年 9 月初,英國細菌學家弗萊明(Alexander Fleming, 1881-1955)度完假,回到倫敦聖瑪麗醫院的實驗室,看見工作檯角落堆了一疊培養皿,才發現自己離開前忘了將葡萄球菌的培養皿收好。他無奈地收拾整理時,一個被黴菌汙染的培養皿引起他的注意。培養皿內仍布滿了葡萄球菌,唯獨綠色黴菌的周圍竟然乾乾淨淨的,沒有葡萄球菌!

「這真有趣。」弗萊明喃喃道,隨即想到:

莫非這種黴菌能殺死葡萄球菌?

他將黴菌分離培養出來,經過實驗發現這個綠色黴菌會分泌某種物質,不只能殺死葡萄球菌,對其它多種葛蘭氏陽性菌也都有效。弗萊明將這分泌物命名為「盤尼西林」(Penicillin),也就是現在通稱的青黴素,人類發現的第一個抗生素於焉誕生。

弗萊明於第二年發表論文,無奈他的化學基礎不夠,提不出大量提煉純化的青黴素的方法,也無實際案例佐證其療效,因此並未引起醫學界的重視。而且1935年又有一種磺胺劑被發現有殺菌效果,更使得弗萊明的研究被冷落一旁。直到 1939 年,時任牛津大學的病理學教授佛洛里(Howard Florey)發現弗萊明的論文,才與旅居英國的德國生化學家錢恩(Ernst Chain)合作開發出大量生產青黴素的方法,並以臨床實驗證明其療效。

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青黴素隨即在二次大戰中拯救了無數受傷感染的士兵。弗萊明與研發出製藥方法的佛洛里及錢恩三人因此於 1945 年共同獲頒諾貝爾醫學獎。有人認為弗萊明的幸運成分居多,然而在黴菌的袍子落在他的培養皿之前,他已經專注於抗菌的研究七年了。正因為多年花費的心力,他才能在那當下一眼看出該培養皿上之特殊現象的背後意義。科學,向來沒有僥倖。

因為青黴素的神奇療效,吸引各界投入各種抗生素的研發,開啟了醫療的全新時代,人類的健康與平均壽命也因此而大幅提升。但低調謙虛的弗萊明並未因此洋洋得意,反而不斷在演講中提醒人們不要輕易使用青黴素,以避免產生具有抗藥性的細菌。怎奈現今濫用抗生素所造成的後果,果真印證了他的先見之明與一語成讖啊!

 

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。

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張瑞棋_96
423 篇文章 ・ 951 位粉絲
1987年清華大學工業工程系畢業,1992年取得美國西北大學工業工程碩士。浮沉科技業近二十載後,退休賦閒在家,當了中年大叔才開始寫作,成為泛科學專欄作者。著有《科學史上的今天》一書;個人臉書粉絲頁《科學棋談》。

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除了蚯蚓、地震魚和民間達人,那些常見的臺灣地震預測謠言
鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
・2024/02/29 ・2747字 ・閱讀時間約 5 分鐘

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本文由 交通部中央氣象署 委託,泛科學企劃執行。

  • 文/陳儀珈

災害性大地震在臺灣留下無數淚水和難以抹滅的傷痕,921 大地震甚至直接奪走了 2,400 人的生命。既有這等末日級的災難記憶,又位處於板塊交界處的地震帶,「大地震!」三個字,總是能挑動臺灣人最脆弱又敏感的神經。

因此,當我們發現臺灣被各式各樣的地震傳說壟罩,像是地震魚、地震雲、蚯蚓警兆、下雨地震說,甚至民間地震預測達人,似乎也是合情合理的現象?

今日,我們就要來破解這些常見的地震預測謠言。

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漁民捕獲罕見的深海皇帶魚,恐有大地震?

說到在坊間訛傳的地震謠言,許多人第一個想到的,可能是盛行於日本、臺灣的「地震魚」傳說。

在亞熱帶海域中,漁民將「皇帶魚」暱稱為地震魚,由於皇帶魚身型較為扁平,生活於深海中,魚形特殊且捕獲量稀少,因此流傳著,是因為海底的地形改變,才驚擾了棲息在深海的皇帶魚,並因此游上淺水讓人們得以看見。

皇帶魚。圖/wikimedia

因此,民間盛傳,若漁民捕撈到這種極為稀罕的深海魚類,就是大型地震即將發生的警兆。

然而,日本科學家認真蒐集了目擊深海魚類的相關新聞和學術報告,他們想知道,這種看似異常的動物行為,究竟有沒有機會拿來當作災前的預警,抑或只是無稽之談?

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可惜的是,科學家認為,地震魚與地震並沒有明顯的關聯。當日本媒體報導捕撈深海魚的 10 天內,均沒有發生規模大於 6 的地震,規模 7 的地震前後,甚至完全沒有深海魚出現的紀錄!

所以,在科學家眼中,地震魚僅僅是一種流傳於民間的「迷信」(superstition)。

透過動物來推斷地震消息的風俗並不新穎,美國地質調查局(USGS)指出,早在西元前 373 年的古希臘,就有透過動物異常行為來猜測地震的紀錄!

人們普遍認為,比起遲鈍的人類,敏感的動物可以偵測到更多來自大自然的訊號,因此在大地震來臨前,會「舉家遷徙」逃離原本的棲息地。

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當臺灣 1999 年發生集集大地震前後,由於部分地區出現了大量蚯蚓,因此,臺灣也盛傳著「蚯蚓」是地震警訊的說法。

20101023 聯合報 B2 版 南投竹山竄出蚯蚓群爬滿路上。

新聞年年報的「蚯蚓」上街,真的是地震警訊嗎?

​當街道上出現一大群蚯蚓時,密密麻麻的畫面,不只讓人嚇一跳,也往往讓人感到困惑:為何牠們接連地湧向地表?難道,這真的是動物們在向我們預警天災嗎?動物們看似不尋常的行為,總是能引發人們的好奇與不安情緒。

如此怵目驚心的畫面,也經常成為新聞界的熱門素材,每年幾乎都會看到類似的標題:「蚯蚓大軍又出沒 網友憂:要地震了嗎」,甚至直接將蚯蚓與剛發生的地震連結起來,發布成快訊「昨突竄大量蚯蚓!台東今早地牛翻身…最大震度4級」,讓人留下蚯蚓預言成功的錯覺。

然而,這些蚯蚓大軍,真的與即將來臨的天災有直接關聯嗎?

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蚯蚓與地震有關的傳聞,被學者認為起源於 1999 年的 921 大地震後,在此前,臺灣少有流傳地震與蚯蚓之間的相關報導。

雖然曾有日本學者研究模擬出,與地震相關的電流有機會刺激蚯蚓離開洞穴,但在現實環境中,有太多因素都會影響蚯蚓的行為了,而造成蚯蚓大軍浮現地表的原因,往往都是氣象因素,像是溫度、濕度、日照時間、氣壓等等,都可能促使蚯蚓爬出地表。

大家不妨觀察看看,白日蚯蚓大軍的新聞,比較常出現在天氣剛轉涼的秋季。

因此,下次若再看到蚯蚓大軍湧現地表的現象,請先別慌張呀!

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事實上,除了地震魚和蚯蚓外,鳥類、老鼠、黃鼠狼、蛇、蜈蚣、昆蟲、貓咪到我們最熟悉的小狗,都曾經被流傳為地震預測的動物專家。

但可惜的是,會影響動物行為的因素實在是太多了,科學家仍然沒有找到動物異常行為和地震之間的關聯或機制。

遍地開花的地震預測粉專和社團

這座每天發生超過 100 次地震的小島上,擁有破萬成員的地震討論臉書社團、隨處可見的地震預測粉專或 IG 帳號,似乎並不奇怪。

國內有許多「憂國憂民」的神通大師,這些號稱能夠預測地震的奇妙人士,有些人會用身體感應,有人熱愛分析雲層畫面,有的人甚至號稱自行建製科學儀器,購買到比氣象署更精密的機械,偵測到更準確的地震。

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然而,若認真想一想就會發現,臺灣地震頻率極高,約 2 天多就會發生 1 次規模 4.0 至 5.0 的地震, 2 星期多就可能出現一次規模 5.0 至 6.0 的地震,若是有心想要捏造地震預言,真的不難。 

在學界,一個真正的地震預測必須包含地震三要素:明確的時間、 地點和規模,預測結果也必須來自學界認可的觀測資料。然而這些坊間貼文的預測資訊不僅空泛,也並未交代統計數據或訊號來源。

作為閱聽者,看到如此毫無科學根據的預測言論,請先冷靜下來,不要留言也不要分享,不妨先上網搜尋相關資料和事實查核。切勿輕信,更不要隨意散播,以免造成社會大眾的不安。

此外,大家也千萬不要隨意發表地震預測、觀測的資訊,若號稱有科學根據或使用相關資料,不僅違反氣象法,也有違反社會秩序之相關法令之虞唷!

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​地震預測行不行?還差得遠呢!

由於地底的環境太過複雜未知,即使科學家們已經致力於研究地震前兆和地震之間的關聯,目前地球科學界,仍然無法發展出成熟的地震預測技術。

與其奢望能提前 3 天知道地震的預告,不如日常就做好各種地震災害的防範,購買符合防震規範的家宅、固定好家具,做好防震防災演練。在國家級警報響起來時,熟練地執行避震保命三步驟「趴下、掩護、穩住」,才是身為臺灣人最關鍵的保命之策。

延伸閱讀

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帶孩子一起,認識我們身邊的好細菌與壞細菌——《細菌與病毒》
台灣愛思唯爾_96
・2022/07/13 ・836字 ・閱讀時間約 1 分鐘

好細菌能讓我們的身體發揮重要的功能,但壞細菌卻會溜進我們體內,害我們生病!該怎麼趕跑討厭的壞細菌呢?

圖/台灣愛思唯爾

這些就是細菌
These are bacteria.

肉眼看不見的細菌,可是五花八門。

圖/台灣愛思唯爾

細菌是很小很小的生物。
Bacteria are very small living things.

細菌比我們的細胞還要小,但別小看了這群生物。

圖/台灣愛思唯爾

你的身體裡面跟外面,都有很多細菌,這一大群細菌就叫做微生物相
Your body has lots of bacteria both inside and outside. This is called your microbiome.

身體若要維持健康,缺不了一群好細菌。

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圖/台灣愛思唯爾

抗生素只對細菌有用,卻對病毒或真菌沒有效,所以沒辦法讓病毒引起的感冒好起來。
Antibiotics only work on bacteria, not viruses or fungi, so they won’t help you get over a cold (which is a virus).

細菌、病毒、真菌可是不一樣的病原體喔。

圖/台灣愛思唯爾

很多抗生素都會黏住細菌體內稱為蛋白質的特殊小工人。
Many antibiotics stick to special workers in the bacteria, called proteins.
在抗生素的作用下,蛋白質就沒辦法做它們的工作了,例如蓋細胞壁或是閱讀指令。
With the antibiotic in the way, the protein can’t do its job, like building a wall or reading instructions

抗生素的作用機制各異,像是阻止蛋白質工作。

——本文摘自《寶寶醫學院:中英雙語繪本系列套書》(細菌與抗生素),2022 年4月,台灣愛思唯爾出版。

台灣愛思唯爾_96
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愛思唯爾(Elsevier)於1880年成立於荷蘭阿姆斯特丹,是全球首要經營醫學、科學和技術資訊產品及出版服務的出版商。台灣愛思唯爾致力深耕繁體中文版的醫學知識內容,包含專業教科書、醫學資料庫,以及符合大眾需求的知識普及書。

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發現第一種抗生素:弗萊明誕辰│科學史上的今天:8/6
張瑞棋_96
・2015/08/06 ・908字 ・閱讀時間約 1 分鐘 ・SR值 511 ・六年級

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1928 年 9 月初,英國細菌學家弗萊明(Alexander Fleming, 1881-1955)度完假,回到倫敦聖瑪麗醫院的實驗室,看見工作檯角落堆了一疊培養皿,才發現自己離開前忘了將葡萄球菌的培養皿收好。他無奈地收拾整理時,一個被黴菌汙染的培養皿引起他的注意。培養皿內仍布滿了葡萄球菌,唯獨綠色黴菌的周圍竟然乾乾淨淨的,沒有葡萄球菌!

「這真有趣。」弗萊明喃喃道,隨即想到:

莫非這種黴菌能殺死葡萄球菌?

他將黴菌分離培養出來,經過實驗發現這個綠色黴菌會分泌某種物質,不只能殺死葡萄球菌,對其它多種葛蘭氏陽性菌也都有效。弗萊明將這分泌物命名為「盤尼西林」(Penicillin),也就是現在通稱的青黴素,人類發現的第一個抗生素於焉誕生。

弗萊明於第二年發表論文,無奈他的化學基礎不夠,提不出大量提煉純化的青黴素的方法,也無實際案例佐證其療效,因此並未引起醫學界的重視。而且1935年又有一種磺胺劑被發現有殺菌效果,更使得弗萊明的研究被冷落一旁。直到 1939 年,時任牛津大學的病理學教授佛洛里(Howard Florey)發現弗萊明的論文,才與旅居英國的德國生化學家錢恩(Ernst Chain)合作開發出大量生產青黴素的方法,並以臨床實驗證明其療效。

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青黴素隨即在二次大戰中拯救了無數受傷感染的士兵。弗萊明與研發出製藥方法的佛洛里及錢恩三人因此於 1945 年共同獲頒諾貝爾醫學獎。有人認為弗萊明的幸運成分居多,然而在黴菌的袍子落在他的培養皿之前,他已經專注於抗菌的研究七年了。正因為多年花費的心力,他才能在那當下一眼看出該培養皿上之特殊現象的背後意義。科學,向來沒有僥倖。

因為青黴素的神奇療效,吸引各界投入各種抗生素的研發,開啟了醫療的全新時代,人類的健康與平均壽命也因此而大幅提升。但低調謙虛的弗萊明並未因此洋洋得意,反而不斷在演講中提醒人們不要輕易使用青黴素,以避免產生具有抗藥性的細菌。怎奈現今濫用抗生素所造成的後果,果真印證了他的先見之明與一語成讖啊!

 

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。

文章難易度
張瑞棋_96
423 篇文章 ・ 951 位粉絲
1987年清華大學工業工程系畢業,1992年取得美國西北大學工業工程碩士。浮沉科技業近二十載後,退休賦閒在家,當了中年大叔才開始寫作,成為泛科學專欄作者。著有《科學史上的今天》一書;個人臉書粉絲頁《科學棋談》。

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都是尼古丁惹的禍?——戒菸後變胖,與腸道菌叢代謝物有關?
Charlotte 熊_96
・2022/01/10 ・2953字 ・閱讀時間約 6 分鐘

吸菸對健康的危害眾所皆知,許多吸菸者為了身體健康而嘗試戒菸,但戒菸過程卻遇到體重發胖的難題,導致許多吸菸者難以成功戒菸。長久以來,科學家們試圖了解戒菸導致體重發胖的生理機制。

過往研究發現吸菸會讓人沒有食慾,是因尼古丁作用在位在下視丘的尼古丁乙醯膽鹼的受器,改變人類體內能量供需的平衡。一直以來,科學家相信戒菸後體重增加,是因為戒菸後,體內少了尼古丁抑制食慾。

然而,來自以色列魏茲曼科學研究所(Weizmann Institute of Science)的 Leviel Fluhr 卻有不一樣的看法[2],他認為抽菸可能也會改變「腸道內的微生物群系」,並且試圖從其差異找到戒菸與體重變化的關係。

腸道內的微生物群系

腸道內微生物群系(microbiome)由上兆的微生物組成,包括病毒、細菌、真菌。這些腸道內的小小居民們其實對主人的健康有很深刻的影響。有許多疾病都被證實和腸道內微生物群系有關,包括自體免疫疾病、過敏、癌症等等[1]。這些微生物也會影響食物以及藥物在腸道的吸收。

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「You are what you eat.」所代表的意義,可能超越字面上的翻譯。我們每天攝取的食物、添加物、環境荷爾蒙,都會改變腸道內的微生物群系。而 Fluhr 正是由這個角度,來探討戒菸之後體重的變化趨勢。

戒菸變胖,不單只是缺少尼古丁而已

在 Fluhr 的第一個實驗中,他們將老鼠分成四組,分別是不暴露菸害暴露菸害接受抗生素但不暴露菸害接受抗生素且暴露菸害

暴露菸害是模擬人類的抽菸行為,不暴露菸害當然就是模擬從未抽菸的人。其中兩組老鼠還有在實驗介入前使用抗生素,使用抗生素是為了控制老鼠腸道內的微生物群系,更精確地來說,是剔除微生物群系中的「細菌」,以此作為對照組,證明「戒菸後體重增加不單是尼古丁消失」造成的。

最終實驗發現,比起沒有使用抗生素的老鼠,在接受菸害前使用過抗生素的老鼠,暴露後戒斷時期體重增加的趨勢相對比較低,而且差異非常顯著。換句話說,在正常狀況下(也就是沒有接觸抗生素,腸內有菌的狀況下),戒菸後的體重增加與腸道內微生物群系有關。

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實驗發現,吸菸者戒菸後體重增加,不單是尼古丁消失造成的。圖/Pixabay

移植「暴露菸害的微生物群系」,有同樣效果

在第一個實驗確認了戒菸後體重增加並非只是缺少尼古丁,腸道內微生物群系也可能影響體重後,Fluhr 的第二個實驗就決定來測試看看,這些微生物群系的影響有多大:他把先前實驗老鼠的腸道微生物群系(也就是糞便)移植到原本無菌的老鼠體中。

一組是移植「有暴露過菸害的老鼠腸道內微生物群系」,另一組則移植「未暴露過菸害的老鼠腸道內微生物群系」。移植了先前接觸過菸害的老鼠的腸道菌叢後,被移植的老鼠體重增加的幅度,大於移植了未暴露過菸害的老鼠的腸道菌叢。

微生物菌叢的代謝差異,是戒菸者變胖的主因

上述的實驗結果表明了尼古丁在下視丘的抑制食慾訊號,並不是戒菸後體重增加的唯一解釋,腸道微生物群系的差異也是原因之一。

Fluhr 為實驗結果提供了新的說法。暴露過菸害的微生物菌叢產生了許多不同的代謝產物,部分的代謝產物能幫助個體由攝取的食物中提煉出更多可利用能量

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其中,一種名叫二甲基甘氨酸(Dimethylglycine)的分子,就是這些代謝產物的一員。二甲基甘氨酸是甘氨酸(Glycine)的衍生物。食物中的蛋白質在腸道消化後,分解成各式多肽,進一步再被分解成胺基酸,而甘氨酸就是其中一種胺基酸。菸害會讓腸道內促進二甲基甘氨酸生成的酶增加,令二甲基甘氨酸變多。

實驗發現,暴露了菸害的老鼠,血清中的二甲基甘氨酸含量比較高。給了二甲基甘氨酸添加劑的老鼠,不論有沒有經過抗生素處理,體重都會增加比較多。相反來說,如果剔除了老鼠們的食物中產生二甲基甘氨酸的前驅物質硫酸膽鹼(choline sulfate),老鼠暴露菸害後的體重增加就沒有那麼顯著。

實驗發現,暴露了菸害的老鼠,血清中的二甲基甘氨酸含量比較高。給了二甲基甘氨酸添加劑的老鼠,不論有沒有經過抗生素處理,體重都會增加比較多。圖/Pixabay

從腸道微生物組成角度,檢視吸菸對健康的影響

微生物菌叢在暴露過菸害後產生的代謝產物,除了解釋戒菸後體重增加,也可能解釋菸害如何造成其他疾病。

甘氨酸,除了是組成蛋白質的其中一種氨基酸,也是一種組成神經傳導物質的原料。神經傳導物質就是在神經突觸間,接替神經脈衝,傳遞神經訊息的化學物質。當癮君子拿起香菸、將裊裊煙霧吸入肺葉、進入肺泡、擴散入血流,腸道內的菌叢組成就再也不同。而這些腸道內的變化,改變了甘氨酸以及其衍生物的代謝。甘氨酸多才多藝的特性,讓它在腸道內的濃度變化,有如蝴蝶效應般,影響許多不同系統。譬如說,甘氨酸在人體內濃度的多寡,就與糖尿病有關[4],甘氨酸的代謝出現異常也會導致神經性疾病[5]

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儘管有許多動物實驗提供戒菸後體重增加的生理證據,但真正的議題是:如何從動物模型轉到人類臨床現象。目前我們只知道戒菸後體重增加的高危險群是女性、低收入、飲食不良、缺乏運動、重度煙癮者。

逆向思考:運用微生物代謝或可幫助其他疾病

了解菸害的代謝物如何影響戒菸後的體重增加,甚至改變個體的健康後,Fluhr 試著從臨床治療的角度來看這個發現。有沒有可能把老鼠的模型實驗結果帶到臨床醫學,突破醫學瓶頸呢?就戒菸後體重增加的現象來說,只要改變這個微生物叢的變化,這個現象就可能有解!

譬如說,如果做出可以降低甘氨酸前驅物的藥物,或是發明可以降低微生物菌叢產生的代謝物的療法,戒菸後的體重增加可能就不復存在。從另一個角度切入,如果之後的實驗,破解出到底是哪些代謝物質重塑了腸內菌叢,並且由香菸中剔除這些物質,也可能是解法之一。

從另外一個完全相反的思維來看,對於急需增加體重的人,這些代謝物質可能是這群人的神藥。舉例來說,因為被癌症侵襲,而體重直直掉的病人(惡體質),就可能很需要這些代謝物質。

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Fluhr 的實驗讓戒菸後體重增加的現象有新的解釋,他把焦點由先前的尼古丁在腦中的作用,轉移到腸內的菌叢組成。不僅如此,他的實驗更開啟了除了體重變化以外,香菸對健康影響的新的討論方向,並且不落窠臼的從臨床角度出發,企盼由老鼠實驗,解答戒菸以及體重變化的難題。

延伸閱讀:菸煙相報何時了?關於香菸、加熱菸和電子煙你該知道的事

參考資料

  1. The gut microbiome​​
  2. 以色列魏茲曼科學研究所
  3. Metabolomics in Prediabetes and Diabetes: A Systematic Review and Meta-analysis
  4. Chapter 21 – Disorder: Glycine encephalopathy
  5. Gut microbiota modulates weight gain in mice after discontinued smoke exposure

 

Charlotte 熊_96
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著迷於世界的多彩,也希望帶給人對生命的熱愛。現任美國愛因斯坦醫學中心小兒科住院醫師,畢業於台大醫學系。目前最希望成為小兒心臟科醫師,也沒忘從高中就想去無國界醫生當臨時醫師的夢想。 https://www.instagram.com/charlottethesunbear/