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到底該如何斷開登革熱傳染的鎖鍊?直擊「養蚊子」研究室

Suzuki
・2019/10/04 ・4988字 ・閱讀時間約 10 分鐘 ・SR值 516 ・六年級

每年夏季除了陽光、沙灘、煙火之外,在台灣不能不提的,就是登革熱了。我們都知道登革熱是由蚊子傳染的,但要阻止蚊子孳生、斷開登革熱傳染的環節,為何會如此困難呢?

本次泛科學專訪專研病媒蚊防治的臺大公衛系副教授蔡坤憲,希望能夠解答此一問題。

走進蔡坤憲的研究室,就可以發現這裡是認真的「養蚊子」專區。一旁實驗皿上還有一顆顆黑色的蚊子卵、水盆則有已孵化的孑孓。光進實驗室,就讓人渾身發癢啊~

天氣溫暖蚊子孳生,就要小心登革熱流行了!

但研究蚊子,對於防治相關的疾病是至關重要的。蔡坤憲表示,國家蚊媒傳染病防治研究中心在五、六月放置「誘蚊產卵器」時,就發現今年蚊子產卵數比去年同期多 10 萬顆,顯示氣候適宜蚊子生長,環境管理與防治必須要加把勁。

除了今年的氣候適宜蚊子生長,更需留心的是,東南亞登革熱發生了大流行。因此導致今年境外移入的登革熱病例也特別多,截至 8 月 26 日,已有 343 起境外移入病例,與同期相比是 23 年來最多。本土登革熱則有 75 例,主要集中台南與高雄,台北和新北亦有零星病例。境外移入病例指的是:在他國被登革熱病媒蚊叮咬,在台灣發病的情形;本土病例則是未出過國而感染登革熱的情況。

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根據疾管署的統計 23 年的登革熱病例數,2019 年登革熱境外移入病例最多。
圖/截自疾管局管網
本土登革熱疫情控制得宜,近幾週確定病例數下降。
圖/截自疾管局管網

如果東南亞登革熱疫情嚴重,也會帶動本土登革熱流行。也就是說,民眾旅外被病媒蚊叮咬後,回臺發病,又被本土蚊子叮咬,此時就會將病毒傳給蚊子。帶有病毒的蚊子再去叮人,登革熱就會再傳播出去,進而造成本土病例。

一到四型登革熱,何者最易引發重症?

大家對登革熱的主要印象是會致命。實際上,被登革熱病媒蚊叮咬有八成不會有明顯的症狀,而發病的患者中,大多是輕微的「典型登革熱」,僅有 5% 為重症型的「出血性登革熱」。根據 WHO 資料,致死率約 2.5%,但台灣醫療進步,致死率低於 1%。

登革熱依病毒的抗原共分為 Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ 型,每一年流行的型不同。人只要感染過某一型登革熱病毒,就會對那一型病毒終身免疫。而初次感染登革熱,大都是典型登革熱,症狀不會太嚴重,主要是發燒、出疹、肌肉骨骼疼痛,跟一般感冒很像。

蔡坤憲表示,目前沒有藥物可以直接殺死登革熱病毒,大都以支持療法為主,康復還是要靠免疫系統。只要免疫力夠,多數人一週內都能痊癒。

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目前沒有藥物可以直接殺死登革熱病毒,大都以支持療法為主,康復還是要靠免疫系統。
圖/pixabay

蔡坤憲表示,台灣的重症集中在 50 歲以上的人,而且出血型重症不多,通常是糖尿病、高血壓等慢性病,伴隨登革熱才引起嚴重併發症。今年南部流行的第 Ⅱ 型登革熱,是研究顯示較易引發重症的病毒型。

登革熱病毒在台灣是四型齊備,今年的病毒型不只有 Ⅰ、Ⅱ 型,還有第 Ⅳ 型。儘管 Ⅳ 型的症狀比較輕微,但許多人缺乏這種抗原的抗體,因此較容易感染,而國外也有出現「跨型別」重複感染加重的狀況,這都是要特別注意的。

防蚊即防疫,斷開傳染的鎖鍊

2015 年登革熱肆虐臺灣,全台本土確診病例高達 4,3419 人,導致 214 人死亡!蔡坤憲表示,防疫一輕忽,未即時處置環境,一隻埃及斑蚊一次可吸 4 至 6 人的血,一個生命週期約吸四次血,就會將病毒傳給超過 20 人,人再傳給蚊子,疫情就會越滾越嚴重。

  • 註:雌性埃及斑蚊生命週期約是三十天,剛成蟲的蚊子,在第二天就能吸血。若第二天吸到帶有登革熱病毒的血液,第九天就可以開始傳播病毒。在其生命剩餘的二十天,約能再吸四次血,很可能再將病毒傳染給 20 人。
登革熱感染時程圖。
圖/截自疾病管制署。

防治登革熱絕對不是只有爬爬樹、加高湖水深度、放盆肥皂水和刷水盆那麼簡單。

蔡坤憲表示,蚊子的生命力很強,而且斑蚊習慣將卵產在花盤邊緣。所以即使水盤乾枯,卵還能耐旱半年,當午後雷陣雨一下,孑孓馬上會孵出來,因此防疫絕對不能亂槍打鳥。「要認識蚊子的特性,防疫才會有感。」

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看到花盆上一點一點黑黑的,可別誤以為是沙子,放大來看那都是斑蚊的幼蟲卵。
圖/臺大公衛院蟲媒傳染病實驗室提供。

原本乾的花盆底盤,一加水後,馬上可以看到一條條扭來扭去的孑孓被孵出來了。(影片提供:臺大公衛院蟲媒傳染病實驗室。)

歡迎來到「蚊子」研究室

走進蔡坤憲的研究室,這裡是貨真價實的「養蚊子」區。有幼蟲住在糞坑旁肥壯的「白腹叢蚊」、褐色的「熱帶家蚊」,還有體型稍小的「白線斑蚊」和「埃及斑蚊」。在關燈的情況下,可以發現夜行性的家蚊活力旺盛,斑蚊則停在籠子上昏昏欲睡。

蔡坤憲老師在實驗室養蚊子,進行研究。昆蟲系畢業的他笑說,別人研究漂亮的蝴蝶、甲蟲,他口才比較不好,講得不如同學出色,不如就研究大家討厭的蚊子吧!
攝/簡鈺璇。

蔡坤憲表示,大家晚上被吵到睡不著的通常是熱帶家蚊或地下家蚊,牠們滋生在任何靜滯積水中,特別喜歡有機質污水,包括:地下室污水槽、化糞池和水溝裡。

褐色的熱帶家蚊喜歡晚上出沒吸血,是不折不扣的吸血鬼。
圖/臺大公衛院蟲媒傳染病實驗室。

相較於家蚊是夜行性、愛孳生在髒臭的水裡,斑蚊就比較陽光和愛乾淨。白線斑蚊和埃及斑蚊的體型比家蚊小,母蚊子喜歡日間吸血,然後在乾淨的積水處產卵,特別是室內的人工容器,包括:花瓶、花盆底盤,以及室外天然容器,如:竹筒、樹洞。

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傳染登革熱得元凶:白線斑蚊 VS. 埃及斑蚊

以登革熱病毒的傳播能力來看,埃及斑蚊比白線斑蚊更危險。蔡坤憲表示,埃及斑蚊不會在同一人身上把血吸飽,而是用「啜飲」的方式,吸了 4-6 人才會飽;相對的白線斑蚊就喜歡在一個人身上停很久,吸飽血再飛走。因此,埃及斑蚊難打,且一次感染數量大,容易有群聚感染的狀況;白線斑蚊則比較好打,病毒傳播力弱。此外,斑蚊還會產下帶有登革熱病毒的後代,傳染力相當驚人。

在台灣,登革熱重災區 ── 高雄與台南,就是埃及斑蚊的活動範圍;而白線斑蚊則多分佈全台。不過通常有埃及斑蚊出沒區,就不會有白線斑蚊。同時,兩種斑蚊有潛在競爭的關係,這是由於兩者的寄生「簇蟲」不同之緣故。

簇蟲是一種棲息在無脊椎動物腸道裡的寄生蟲。當白線斑蚊吃了不屬於自己的簇蟲,它就會死掉,所以才會造成兩者間的競爭關係。

圖/取自疾管署

防蚊也要對症下藥,習性不同方法也不同

對付家蚊與登革熱有不同的方式!要減少家蚊,獲得一日好眠,必須清理地下室的積水和小水溝,水溝上可以加蓋避免蚊子進去產卵,或是投蚊子專屬的生長調節劑,讓蚊子幼蟲長不大。

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肥皂水難以對付斑蚊

「肥皂水」防蚊也是針對家蚊!肥皂水的發酵味道會吸引蚊子產卵,家蚊會將卵產在水中央,但肥皂水會破壞水的表面張力,家蚊產卵時便無法站在水面上,易腳滑溺斃在水中。

但這種方式「無法」對付斑蚊,因為斑蚊喜歡將卵產在容器水面邊緣,所以產卵時不會站在水中央。蔡坤憲也提醒,肥皂水放一陣子,破壞表面張力的效果會消失,不久就捕不到蚊子。另外若將肥皂水放在太陽底下,也無法吸引蚊子產卵。

肥皂水難以對付斑蚊。
圖/pixabay

補樹洞、填水池、刷容器要做對 才能防止登革熱

南部是埃及斑蚊的盛行區,七成埃及斑蚊在室內活動,容易孳生在乾淨人工容器中,所以家中擺放黃金葛、發財竹都要特別注意。可藉由養食蚊魚種,像是孔雀魚、大肚魚等,來吃蚊子幼蟲來防治,或者夏天乾脆就收起來不要養。

相較於喜歡室內活動的埃及斑蚊,白線斑蚊喜歡室外環境,因此需要注意室外的積水來源,所以才需要補洞、加高水池和洗容器。

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蔡坤憲笑著說:補洞也有眉角。下過雨後,樹洞如果沒有積水,就不需要補。樹洞是鳥類和蜘蛛的窩,如果都補起來,反而不利於生態系。

圖/pixabay

至於最近高雄希望提高「金獅湖」水位,來養魚吃孑孓的防治登革熱有沒有效?蔡坤憲認為:湖水濁黃,斑蚊不會在裡頭產卵,倒是湖邊常見的竹筒圍,容易積水,正是白線斑蚊最好的孳生處。民眾找到積水源,除了倒掉容器中的積水外,更重要的是把容器邊附著的卵清掉,避免下雨後,孑孓孵出來。

圖/取自疾管署

多管齊下,防疫防蚊才能生效

登革熱防治必須「綜合」防治,目前有物理、生物、非化學性和正在開發的真菌防治方式。蔡坤憲表示,噴殺蟲劑是最後手段,因為蚊子已有抗藥性。

根據早期 2006 年臺大昆蟲系教授徐爾烈的研究,南部埃及斑蚊對七種常見殺蟲劑中,有五種是比較無效的,因此長期噴藥無助於防疫,甚至會破壞生態系和人體。

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由徐教授的研究中可知,斑蚊對多種殺蟲劑有抗藥性。
圖/臺大公衛院蟲媒傳染病實驗室提供。

物理的防治,像是滴市售的防蚊「單分子模」,讓蚊子無機會產卵,以及卵無法孵化成蟲,適合靜止水不常擾動的器皿,如:室內盆栽。

農田中需要舀水的桶子,不適合用物理防治,較適合以生物和非化學性的方式來防治,可透過人工方式引入劍水蚤,也就是《海綿寶寶》裡的「皮老闆」!

圖/giphy

它會在沈在水底下,專吃一、二齡的孑孓,一晚可以吃 40 隻。此外,渦蟲和肉食性昆蟲「仰泳椿」,也被發現可以吃孑孓呢!

劍水蚤補食剛孵出來孑孓的影片,原來皮老闆這麼厲害啊!(影片提供: 臺大公衛院蟲媒傳染病實驗室)

 

渦蟲的捕食法更是特別,影片中正是渦蟲在孑孓附近爬動分泌黏液,將幼蟲纏繞困住,然後吸食。2018 年新北市竹林中學以研究渦蟲捕食孑孓,獲得台灣國際科展三等獎。(影片提供: 臺大公衛院蟲媒傳染病實驗室)

蔡坤憲表示,透過食物鏈特性剋蚊子是最好的方式。若要降低生態系統的侵擾,也可以使用對抗蚊子的專一生長調節劑,例如:孑孓吃入「蘇力桿菌」後,菌體破掉的結晶體會割到蚊子的腹部,導致幼蟲死亡;「百利普芬」(Pyriproxyfen) 也是常見生長抑制劑,南部常見黑色誘卵桶,裡面就有它,它會干涉蚊子幼蟲的羽化,讓蟲蛹無法脫皮變成成蟲。

未來「真菌」抑制斑蚊生長也很有潛力。由於真菌對特定宿主有很強的專一性,所以是很好的防治素材。

今年六月,馬里蘭團隊就將瘧蚊易感染的「綠僵菌」進行基改,讓綠僵菌帶有蜘蛛毒液的基因。當瘧蚊感染真菌就會死亡,而且實驗效果相當好!在布吉納法索實驗一個半月間,就消滅 99% 的瘧蚊,此研究也登上《Nature》期刊。

防治登革熱最難的不是蚊子而是人

不過,蔡坤憲坦言:「防治登革熱最難的不是『蚊子』,而是『人』。」每到防疫季總有人不願配合。政府也訂定法規,根據《傳染病防治法》:拒絕配合衛生局清除孳生源,可處以 3000 元至 1 萬 5000 元罰鍰。若因環境髒亂、置放積水容器,導致病媒蚊孳生,則依《廢棄物清理法》取締,處以 1200 元至 6000 元以下罰鍰。

預防登革熱除了「巡、清、倒、刷」外,還要了解自己為什麼要這樣做,知道蚊子的特性,防疫才能變通和對症下藥。

蚊幼蟲的綜合防治法的對照圖表。
圖/臺大公衛院蟲媒傳染病實驗室。
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Suzuki
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超純社會組學生,對未知的一切感到好奇,意外掉入科技與科學領域,希望在猛點頭汲取知識的同時,也能將箇中妙趣分享給大家。

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Intel® Core™ Ultra AI 處理器:下一代晶片的革命性進展
鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
・2024/05/21 ・2364字 ・閱讀時間約 4 分鐘

本文由 Intel 委託,泛科學企劃執行。 

在當今快節奏的數位時代,對於處理器性能的需求已經不再僅僅停留在日常應用上。從遊戲到學術,從設計到內容創作,各行各業都需要更快速、更高效的運算能力,而人工智慧(AI)的蓬勃發展更是推動了這一需求的急劇增長。在這樣的背景下,Intel 推出了一款極具潛力的處理器—— Intel® Core™ Ultra,該處理器不僅滿足了對於高性能的追求,更為使用者提供了運行 AI 模型的全新體驗。

先進製程:效能飛躍提升

現在的晶片已不是單純的 CPU 或是 GPU,而是混合在一起。為了延續摩爾定律,也就是讓相同面積的晶片每過 18 個月,效能就提升一倍的目標,整個半導體產業正朝兩個不同方向努力。

其中之一是追求更先進的技術,發展出更小奈米的製程節點,做出體積更小的電晶體。常見的方法包含:引進極紫外光 ( EUV ) 曝光機,來刻出更小的電晶體。又或是從材料結構下手,發展不同構造的電晶體,例如鰭式場效電晶體 ( FinFET )、環繞式閘極 ( GAAFET ) 電晶體及互補式場效電晶體 ( CFET ),讓電晶體可以更小、更快。這種持續挑戰物理極限的方式稱為深度摩爾定律——More Moore。

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另一種則是將含有數億個電晶體的密集晶片重新排列。就像人口密集的都會區都逐漸轉向「垂直城市」的發展模式。對晶片來說,雖然每個電晶體的大小還是一樣大,但是重新排列以後,不僅單位面積上可以堆疊更多的半導體電路,還能縮短這些區塊間資訊傳遞的時間,提升晶片的效能。這種透過晶片設計提高效能的方法,則稱為超越摩爾定律——More than Moore。

而 Intel® Core™ Ultra 處理器便是具備兩者優點的結晶。

圖/PanSci

Tile 架構:釋放多核心潛能

在超越摩爾定律方面,Intel® Core™ Ultra 處理器以其獨特的 Tile 架構而聞名,將 CPU、GPU、以及 AI 加速器(NPU)等不同單元分開,使得這些單元可以根據需求靈活啟用、停用,從而提高了能源效率。這一設計使得處理器可以更好地應對多任務處理,從日常應用到專業任務,都能夠以更高效的方式運行。

CPU Tile 採用了 Intel 最新的 4 奈米製程和 EUV 曝光技術,將鰭式電晶體 FinFET 中的像是魚鰭般阻擋漏電流的鰭片構造減少至三片,降低延遲與功耗,使效能提升了 20%,讓使用者可以更加流暢地執行各種應用程序,提高工作效率。

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鰭式電晶體 FinFET。圖/Intel

Foveros 3D 封裝技術:高效數據傳輸

2017 年,Intel 開發出了新的封裝技術 EMIB 嵌入式多晶片互聯橋,這種封裝技術在各個 Tile 的裸晶之間,搭建了一座「矽橋 ( Silicon Bridge ) 」,達成晶片的橫向連接。

圖/Intel

而 Foveros 3D 封裝技術是基於 EMIB 更進一步改良的封裝技術,它能將處理器、記憶體、IO 單元上下堆疊,垂直方向利用導線串聯,橫向則使用 EMIB 連接,提供高頻寬低延遲的數據傳輸。這種創新的封裝技術不僅使得處理器的整體尺寸更小,更提高了散熱效能,使得處理器可以長期高效運行。

運行 AI 模型的專用筆電——MSI Stealth 16 AI Studio

除了傳統的 CPU 和 GPU 之外,Intel® Core™ Ultra 處理器還整合了多種專用單元,專門用於在本機端高效運行 AI 模型。這使得使用者可以在不連接雲端的情況下,依然可以快速準確地運行各種複雜的 AI 算法,保護了數據隱私,同時節省了連接雲端算力的成本。

MSI 最新推出的筆電 Stealth 16 AI Studio ,搭載了最新的 Intel Core™ Ultra 9 處理器,是一款極具魅力的產品。不僅適合遊戲娛樂,其外觀設計結合了落質感外型與卓越效能,使得使用者在使用時能感受到高品質的工藝。鎂鋁合金質感的沉穩機身設計,僅重 1.99kg,厚度僅有 19.95mm,輕薄便攜,適合需要每天通勤的上班族,與在咖啡廳尋找靈感的創作者。

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除了外觀設計之外, Stealth 16 AI Studio 也擁有出色的散熱性能。搭載了 Cooler Boost 5 強效散熱技術,能夠有效排除廢熱,保持長時間穩定高效能表現。良好的散熱表現不僅能夠確保處理器的效能得到充分發揮,還能幫助使用者在長時間使用下的保持舒適性和穩定性。

Stealth 16 AI Studio 的 Intel Core™ Ultra 處理器,其性能更是一大亮點。除了傳統的 CPU 和 GPU 之外,Intel Core™ Ultra 處理器還整合了多種專用單元,專門針對在本機端高效運行 AI 模型的需求。內建專為加速AI應用而設計的 NPU,更提供強大的效能表現,有助於提升效率並保持長時間的續航力。讓使用者可以在不連接雲端的情況下,依然可以快速準確地運行各種複雜的 AI 算法,保護了數據隱私,同時也節省了連接雲端算力的成本。

軟體方面,Intel 與眾多軟體開發商合作,針對 Intel 架構做了特別最佳化。與 Adobe 等軟體的合作使得使用者在處理影像、圖像等多媒體內容時,能夠以更高效的方式運行 AI 算法,大幅提高創作效率。獨家微星AI 智慧引擎能針對使用情境並自動調整硬體設定,以實現最佳效能表現。再加上獨家 AI Artist,更進一步提升使用者體驗,直接輕鬆生成豐富圖像,實現了更便捷的內容創作。

此外 Intel 也與眾多軟體開發商合作,針對 Intel 架構做了特別最佳化,讓 Intel® Core™ Ultra處理器將AI加速能力充分發揮。例如,與 Adobe 等軟體使得使用者可以在處理影像、圖像等多媒體內容時,能夠以更高效的方式運行 AI 算法,大幅提高創作效率。為各行專業人士提供了更加多元、便捷的工具,成為工作中的一大助力。

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今夏登革熱來勢洶洶,該怎麼防治?有疫苗嗎?
PanSci_96
・2023/09/21 ・2675字 ・閱讀時間約 5 分鐘

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「啊!蚊子!」

登革熱好嚴重,但,還會更嚴重。過往紀錄顯示登革熱的疫情高峰,常常到 9 月才大規模爆發?這聽起來有點反直覺,我本來還以為應該是最熱的 7、8 月?但其實啊,就是要等天氣稍微降溫,當大家開始出門,不是躲在冷氣房的時候,反而比較容易傳播登革熱。

而根據近期疾管署的統計顯示,台灣各地的登革熱已經發生 4,338 例本土病例,是從 2015 年登革熱在全台造成 43,419 例之後,登革熱疫情最嚴重的一年,我們真的要注意小心!只要出門,防蚊措施不能免!

不過……話說回來,難道就沒有疫苗可以一勞永逸預防登革熱嗎?

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好幾年沒聽說的登革熱,怎麼突然又「熱」起來?

這個我們就要講到台灣登革熱的發生模式,其實台灣沒有登革熱本土病毒株,所以每當登革熱疫情過去之後,登革熱病毒就會在台灣消失,而下一次的登革熱發生,就必須是境外移入的登革熱患者由國外輸入到國內,而且必須要在登革熱可被傳播的期間,被病媒蚊叮咬並傳播出去,才會造成本土的病例,所以從這點我們可以知道登革熱流行,有兩個有效的控制條件:第一、即時發現境外移入病例,直接隔絕病毒在境外。第二、控制台灣本土病媒蚊數量,以及密度,讓登革熱病毒難以傳播出來。

那過去幾年為什麼都沒有發生登革熱的流行呢?因為 2020 年開始因為 COVID-19 疫情封鎖國境,根據疾管署的資料,2020 年到 2022 年,這三年加起來全國僅有 144 例登革熱境外移入病例,而 2023 年至今已經有 158 例登革熱境外移入案例,而在 2015 年登革熱大流行時,更有 354 例境外移入案例,這也表示台灣登革熱疫情的發生,與境外移入登革熱案例息息相關。

臺灣 2023 年登革熱病例分布。圖/衛福部疾管署

尤其,台灣許多行業仰賴東南亞國家的移工,很多台灣廠商也在東南亞國家設廠,彼此之間的旅遊往來也越來越多,所以東南亞國家的登革熱疫情嚴重與否,與台灣是否會發生登革熱流行,有著高度相關。

把積水倒掉!杜絕登革熱,從減少病媒蚊產卵點開始

每年到了春夏交際時,政府都會宣導要防治病媒蚊,做好居家附近的環境衛生管理,大家耳熟能詳的【巡、倒、清、刷】四字口訣,為的是減少積水,那麼孳生源的減少,真的能夠有效防治登革熱發生嗎?

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這時我們要提到登革熱病媒蚊的生殖營養週期。週期的開始是一隻未吸血的雌蚊,開始尋找適合的吸血對象,在吸飽血後,這隻雌蚊需要等待約 2 到 3 天,讓體內的卵發育成熟,接著雌蚊就會開始尋找有水的地方產卵。而埃及斑蚊或白線斑蚊產卵場,都偏好小型的水域,就像廢棄輪胎內的積水、盆栽下方的接水盆等等,當雌蚊把卵都產下來後,就完成了一個生殖營養週期,接著她會再繼續尋找下一個吸血的對象,不斷循環下去。在實驗室內條件充足的環境下,最快 3 天就可以完成一個週期,而在野外一般環境中,科學家認為 5 到 7 天可以完成一次週期。

雌蚊吸飽血後,等待卵發育成熟,就會開始尋找有水的地方產卵。圖/Giphy

猜猜看一隻雌蚊一次可以產下多少卵?答案是 50-200 顆卵。也就是說,一隻雌蚊經歷一次生殖營養週期,假設生男生女一樣多,也就可以有 25-100 隻新出生的雌蚊。吸血的蚊子等於放大了 25-100 倍的數量,所以一隻蚊子在適合環境下,經歷三代之後最多就可以有 1,000,000 隻雌蚊產生。

我們透過蚊蟲的生活史反推,這僅僅只需要一個月左右的時間。

所以回到一開始的問題,把積水容器清除可以減少蚊蟲數量嗎?如果把你居家附近的積水容器清除的話,其實會讓蚊子找不到產卵的地方,你家附近的蚊蟲的確就會減少,其中一個特殊的現象就是,如果蚊子一直沒有辦法產卵,就會將體內的卵回收成為自身的營養,等待再進入一次生殖營養週期,因此減少雌蚊下一代,自然整體蚊蟲的數量就會減少。

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ADE 效應是什麼?有沒有疫苗可以防治登革熱?

除了防治病媒蚊以外,有沒有可以預防登革熱感染的疫苗呢?

其實,登革熱疫苗的開發非常困難,主要的原因是在人類中流行的登革熱病毒有四種血清型別,而不同型別之間的前後感染,有時候會造成前一型感染產生的抗體,幫助後面另外一型的登革熱病毒感染細胞,使病毒就更容易感染細胞,而這個現象也就是抗體依賴增強效應,簡稱 ADE 效應。

當 ADE 效應產生,也就容易造成較嚴重的病症,而 ADE 效應也是登革熱出血熱產生原因之一,也正是因為有 ADE 效應,登革熱的疫苗開發的難度相當大,因此這隻疫苗需要同時產生對抗四型登革熱的有效抗體,還要避免 ADE 效應的產生。

雖然有 ADE 這個大魔王擋在前面,那麼究竟能不能做出登革熱疫苗呢?

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登革熱疫苗的難度在於要克服 ADE 效應。圖/pixabay

其實,在 2015 年賽諾菲巴斯德藥廠曾經有世界上第一支可施打的四價登革熱疫苗 Dengvaxia,但這隻疫苗僅能夠使用在「感染過登革熱」的人身上,主要的原因,還是因為這支疫苗打在「未感染過登革熱」的人身上,當他們感染登革熱時,會產生 ADE 效應,反而變得更嚴重。

不過近期有了轉機,日本武田製藥的 TAK-003 已經完成三期試驗,在歐盟、英國、巴西、印尼、泰國、阿根廷獲得上市許可,根據 TAK-003 在新英格蘭醫學雜誌 NEJM 和柳葉刀 Lancet 發表的論文,在施打 2 劑後,12 個月可以達到 80.2% 的不感染保護力,18 個月後即便感染,也有 90.4% 的重症保護力,而在施打後 4 年半的持續追蹤,仍然保有 61.2% 的不感染保護力,而且對重度登革熱保護力也有 84.1%,更重要的是,跟 Dengvaxia 相比,不論是否曾經感染過登革熱,都可以施打這個新疫苗,不用擔心 ADE,除了 TAK-003 外,台灣還參與了默沙東藥廠的 V181 和默克藥廠的 TV003 兩支候選疫苗的臨床試驗,可惜的是,台灣還沒有通過 TAK-003 的上市許可。

但自從 1970 年代開始研發的登革熱疫苗,面對一道又一道難關,過了五十多年後,似乎終於有疫苗可以幫助人類對抗登革熱了!

登革熱正在蔓延中,你有什麼好的防蚊秘方嗎?你或認識的人得過登革熱嗎?當時的感受是什麼呢?歡迎與我們分享。最後也想問問,你會想打最新的登革熱疫苗嗎?

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活體犧牲不再?讓蚊子吸食水凝膠去吧!
胡中行_96
・2023/03/02 ・2680字 ・閱讀時間約 5 分鐘

以往病媒蚊研究中,人類志願者及受試動物,得犧牲小我以造福蒼生。活生生地,讓蚊子叮咬並吸食他們的血液。現在,美國科學家用充滿動物血液的水凝膠餵蚊子;將來或許還能改為填充蛋白質營養液。[1]從此以後,科學家便能像主持以酒代血的天主教感恩祭,慷慨地對蚊子說:「你們大家拿去喝,這一杯就是我的血,新而永久的盟約之血,將為你們和眾人傾流,以赦免罪惡。」[2]

圖/Australian Department of Foreign Affairs and Trade on Flickr(CC BY 2.0)

餵食蚊子的水凝膠

1944 年科學家 Samuel Gertler 合成的化合物 DEET(中譯「待乙妥」或「敵避」),在二戰期間被美軍用來驅蚊。[3]之後各種防蚊成份的研究過程,仍免不了仰賴人類和動物的活體貢獻。隨著近年 3D 列印與生物相容水凝膠的技術發展,開發替代品的時機逐漸成熟。理想上,餵食蚊子的水凝膠製品,要具備高解析度的 3D 列印血管、擴散於組織中的血液、對多種蚊子的吸引力、低廉的成本,以及較少的動物實驗倫理問題。此外,最好還能搭配一組攝影器材,與相應的數據運算模型。[1]

2023 年 2 月,美國研究團隊於《前沿生物工程與生物科技》(Frontiers Bioengineering and Biotechnology)期刊上,介紹他們一體成形的嘗試成果。[1]

水凝膠的「食譜」

類似於做捲心酥,要先調配麵糊,烘烤定型,才能在裡面填充內餡。此實驗的第一個步驟,是製作稍後能注入血液,或者其他液體的水凝膠。研究團隊先把適當比例的聚乙二醇二丙烯酸酯(PEGDA)、明膠甲基丙烯(GelMA)、甘油(glycerol)、LAP 光敏劑檸檬黃食用色素(tartrazine),混合在一起。[1]透過數位光源處理(digital light processing),使原料遇光固化,將內有曲折空管的水凝膠薄片,3D 列印出來。[1, 4]每批產出3份水凝膠,費時約 23 分鐘。[1]

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接著,成形的水凝膠,被丟進磷酸鹽緩衝生理食鹽水(phosphate buffered saline),浸泡至少 2 天。這段期間內,多餘的色素會不斷流出,所以要勤換水,直到水質清淨。上述從頭到尾的程序,一旦商業量產,成本即可降低。如果在無菌環境中製造,還能冷藏儲存數月。[1]

注入液體

再來,就要幫捲心酥灌多元口味的內餡了。科學家購買了,已經去除凝血功能的研究級脫纖血(defibrinated blood)。[1, 5]依照要進行的實驗,將這些血液或是其他液體,裝進針筒。接著,用注射泵浦(syringe pump)和管路,將針筒裡的內容物以 100 μL/min的速率,推進水凝膠裡。此實驗過程中,一支針筒透過管路,最多連接 6 份水凝膠。[1]

蚊子實驗

美國科學家將多塊水凝膠,分別放置於幾個玻璃罩內。每個罩子裡,引進 20 至 30 隻母蚊子,當作主要的觀察對象。[1]由於母蚊子吸血是為了產卵,所以裏頭還加上幾隻公蚊子作陪,來促進其食慾。[1, 6]攝影機全程對準水凝膠,記錄蚊子的活動,時間總長約 30 至 45 分鐘。[1]基於個別實驗的目的,方法設計上稍有差別:

  1. 餵食觀察:使用充滿血液的水凝膠餵食蚊子,調整溫度與設備,替換蚊子的品種,並優化攝影機的紀錄。簡單講,就是做不同的嘗試,為後面的實驗打好基礎。[1]
  2. 食物選擇:為蚊子奉上動物血液、紅墨水和磷酸鹽緩衝生理食鹽水,三種「口味」的水凝膠,並貼心熱菜到37°C。後二者沒什麼營養價值,單純想看牠們好不好騙。[1]
  3. 防蚊成份:3個玻璃罩裡,血液飽滿的水凝膠,都溫熱至37°C,但分別為沒塗料、塗抹DEET,以及敷上一層檸檬尤加利油(lemon-eucalyptus oil)萃取物。測試蚊子會不會因為外層的化合物,放棄吸食水凝膠裡的血液。實驗重複5次,受試的蚊子也每次更換。[1]
A. 充滿血液的水凝膠;B. 配有攝影機的玻璃罩;C. 建立辨識蚊子的運算模型;D. 不同的蚊子品種、液體和防蚊成份。圖/參考資料1,Figure 1(CC BY 4.0)

結果與展望

餵食觀察的錄像,歷經截圖、挑選、標註和校正等程序,成果被拿來訓練電腦找蚊子。於嘗試及調整後,此運算模型不僅能辨識影片中的蚊子,還會分別「未進食」與「進食中或吸飽血」的腹部形狀,平均準確率高達 92.5%。這個模型,馬上被運用在後面的實驗裡。[1]

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在選擇食物時,紅墨水和磷酸鹽緩衝生理食鹽水,顯然騙不過受試的蚊子;牠們唯獨吸食有動物血液的水凝膠。未來研發蛋白質營養液時,也可以用雷同的方式,評估蚊子的接受程度。為了引誘牠們,以後也能加碼在水凝膠上,塗抹真實皮膚會有的化學物質,並且在附近散佈二氧化碳。若是成功了,成品就能在其他病媒蚊實驗中,替代動物血液。如此便減少血液傳播疾病的風險,[1]以及使用動物血液的倫理問題。

另一個實驗的 DEET 和檸檬尤加利油萃取物,一如預期地令蚊子完全不想靠近。倒是沒塗料的對照組,卻意外只有 13.8% 的低餵食率。科學家覺得應該歸咎於水凝膠太小,有些蚊子擠不進去。將來製作時,得加大表面積。[1]

A. 截圖、標註、校正、訓練運算模型,並評估成果;B. 未進食(正紅色)與吸血(桃紅色)。圖/改作自參考資料1,Figure 2局部(CC BY 4.0)

整體而言,論文的第一作者 Kevin Janson 博士,很滿意這個自動分析功能,迅速又穩定的運算模型。在研究驅蚊效果方面,身為論文作者之一的 Omid Veiseh 教授,則認為他們的設計,未來也可以用於測試其他化合物。至於病媒蚊的品種,此實驗主要採用的,是會傳播黃熱病(yellow fever)、登革熱(dengue fever)和茲卡熱(Zika fever)的埃及斑蚊(Aedes aegypti)。另一位作者 Dawn Wesson 教授表示,假使想套用此模型跟設備,在習性迥異的野生品種上,就得再花時間研究。[7]

  

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參考資料

  1. Janson KD, Carter BH, Jameson SB, et al. (2023) ‘Development of an automated biomaterial platform to study mosquito feeding behavior’. Frontiers Bioengineering and Biotechnology, 11:1103748.
  2. 教學方案」天主教台北總教區教理推廣中心(Accessed on 23 FEB 2023)
  3. American Chemical Society. (20 JUN 2020) ‘N,N-Diethyl-m-toluamide (DEET)’. Chemistry for Life.
  4. A Dowon, Stevens LM, Zhou K, et al. (2020) ‘Rapid High-Resolution Visible Light 3D Printing’. ACS Central Science, 6 (9), 1555-1563.
  5. Technical Support – FAQs’. Thermo Fisher Scientific. (Accessed on 23 FEB 2023)
  6. Harrison RE, Brown MR, Strand MR. (2021) ‘Whole blood and blood components from vertebrates differentially affect egg formation in three species of anautogenous mosquitoes’. Parasites Vectors 14, 119.
  7. Gillham AB. (09 FEB 2023) ‘Human test subjects may no longer be needed for mosquito bite trials thanks to invention of new biomaterial’. Frontiers Science Communications.
胡中行_96
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曾任澳洲臨床試驗研究護理師,以及臺、澳劇場工作者。 西澳大學護理碩士、國立台北藝術大學戲劇學士(主修編劇)。邀稿請洽臉書「荒誕遊牧」,謝謝。