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17年前的歷史瘟疫:當年 SARS 疫情爆發時,發生了什麼事?

miss9_96
・2020/01/25 ・3724字 ・閱讀時間約 7 分鐘

2019年末,中國武漢爆發新型冠狀病毒的大規模疫情。12/31武漢市首次露出官方資訊、隔年1/6世界衛生組織收到通知。1/21台灣首例確診。1/23武漢與鄰近都市宣布封城,大眾運輸全面無限期停駛,城內情況一無所知。

他的模式與17年前的SARS瘟疫驚人的相似,染病的野生動物在傳統市場上販售,未明的病毒跨物種殺進人間。2003年,SARS肆虐期間,和平醫院封院,7名醫護人員也因此殉職 [1],在台灣共有346名確診病例,造成73人死亡;而在全球,則是有8,096名病例、774人死亡。2019新型冠狀病毒肺炎疫情還是進行式,仍還有太多未知擋在我們的面前;現在,讓我們一起鑑往,來看看17年前的那場歷史瘟疫發生了什麼事?

全球出現SARS疫情的地區統計(2002-2003年)source: Wikimedia

戴著皇冠的死神-冠狀病毒

引起嚴重急性呼吸道症候群(SARS)和2019新型冠狀病毒肺炎(2019-nCoV )的病毒皆是屬於冠狀病毒。其實早在七十年前,人們就已經發現了冠狀病毒 [2];但它一直不在大眾的視野裡,直到2002年 [3]。

冠狀病毒如其名,猶如戴著皇冠般地圓球狀病毒(單股、正鏈RNA, positive strand RNA viruses),雙層膜(double membrane vesicles, DMVs)上的荊棘狀的蛋白(Spike Protein),在顯微鏡底下散發著獨特的美感。長期以來,人們較重視冠狀病毒能引起蝙蝠、豬、牛等動物的感冒 [註1],而非他們對人類的影響。

冠狀病毒的卡通示意圖和穿透式電子顯微鏡(Transmission electron microscope)照片。From: 參考文獻2和wikipedia

2002-2003年的SARS事件

目前可追溯並證實的初始病發時間及地點可能是2002年11月的中國廣東省佛山 [4],之後傳播至廣東其他地區,並透過香港的機場蔓延到台灣、越南等境外,最終造成約30個國家淪陷、8,096名病例、774人死亡;台灣346名患者,73人死亡 [3]。

而飽受爭議的是,疑似病例首次在2002年11月發生,然而世界衛生組織(World Health Organization, WHO)直到隔年2月11日才收到通報,此時已有305名病例 [5]。同月下旬,某位染病的患者抵達香港九龍酒店,將病毒傳染給酒店員工;病發後因醫院未能及時發覺,引發院內感染 [3];香港就此淪陷,而病毒也透過機場飛往全球。

九龍酒店在當時的樓層分佈圖。source: Wikimedia

幾乎同時,一名曾住宿過九龍酒店的78歲婦女於2月23日從香港返回加拿大,不久後發病死亡;但她在過世前已將病毒傳染給了兒子。而該男性患者3月7日入院、3月13日亡故。相近的模式,身亡前也將病毒傳染給了同院的2名求診者和醫護同仁,加拿大疫情就此爆發 [6]。

2003年3月,台灣陸續通報境外移入SARS;4月,台北市立和平醫院爆發院內感染,隨即遭到封院,全台恐慌達到前所未有之程度 [3]。4月10日,跨國團隊證實,分離出戴著皇冠的死神—冠狀病毒(Urbani strain of SARS-associated coronavirus)[7]。從此,這株病毒刷新了人們的世界觀,冠狀病毒首次成了人類新興傳染病。不幸的是,研究發表之前,研究團隊之一的Carlo Urbani博士因染上SARS而亡;團隊為了紀念其犧牲,建議將其分離株命名為Urbani strain [7]。

左圖:SARS病毒;右圖:SARS正在被感染的細胞內繁殖。from: 參考文獻7

SARS之後,我們仍未知曉的事

SARS雖然僅肆虐不到一年,但在瘟疫期間,醫護和科學團隊遭遇了巨大的困難,因為SARS症狀與感冒類似,難以辨認 [6],初期甚至需要使用排除法,才能順利確診 [5]。加上它是全新的疾病,苦無對抗的藥物,甚至醫學進步的加拿大、台灣、香港,致死率(三國患者死亡率約12-20%之間)都十分驚人 [8]。

SARS期間,加拿大、台灣、香港SARS患者致死率變化。From: 參考文獻8

而在香港、台灣、加拿大和新加坡等,也都出現了「一人傳染給多人」的「超級傳播者」現象,但此情況卻沒有在美國等其他地區出現,為何有此差異,至今仍未有明確的定論 [6]。而公衛學家研究北京、香港和台灣的患者,則發現台灣患者從發病到死亡僅有10天(中位數),相較於北京(24天)、香港(21天)顯得快速許多,該團隊也表明無法判斷為何有此差異 [4]。

17年前的瘟疫,仍留下許多的不解之謎。

SARS之後,我們已經知道的

SARS折損了眾多科學、醫護先輩,但他們也留下了經驗讓我們對抗未來的疾病。

SARS爆發期間,香港公衛團隊分析染病和未染病之醫護同仁,發現戴口罩、手套、常洗手、長袍能有效保護醫護同仁 [9],上述四種保護措施全數採用的69名同人皆未受感染,而受感染的同仁至少缺乏一項保護措施,顯示阻擋飛沫傳染的措施能保護人體

而台灣的團隊則證實SARS能在物體表面存活,包含:醫院的病床、飲水機按鈕等,並間接解釋了部分無法追蹤到感染史的醫護同仁可能的染病過程。該研究也證實了在香港發生的社區性傳染。系列的研究證明了SARS病毒在常溫下可存活1-2天,甚至在排泄物中可存活4天之久。

而基礎科學家則從冠狀病毒家族的基因推測,冠狀病毒在跨物種之間重複感染、適應,有著很長的歷史。據評估,首次能感染人類的冠狀病毒可能在兩百年前,從蝙蝠的冠狀病毒家族裡演化而出;而1988年的一名腹瀉兒童中,驗出與牛冠狀病毒相近的HECV-4408;甚至科學家重新檢驗保存的血液後才驚覺, SARS在2001年就曾感染過香港民眾 [11]。

近百年來,冠狀病毒持續有人類和動物間跨物種傳染的情況;又或者換個角度,人類一直給這位戴著皇冠的死神機會,讓它們嘗試從野生動物來到人類社會,2002年如此,2019年也是。

SARS或其他動物間的冠狀病毒跨物種傳染(推測)。From: 參考文獻2
  • 注意:2019-nCov (俗稱:武漢肺炎)疫情仍為進行式,隨時可能有大幅度變化。台灣疾病管制署目前將武漢與鄰近城市之旅遊警戒設為最嚴重等級-不要前往該地區。

在台民眾毋須恐慌,若覺得有必要,請配戴醫用口罩、每日更新、若沾濕、沾污,立刻更新;隨時用肥皂和酒精消毒液洗手。也不用過度恐慌,輕信坊間不實謠言,所有資訊皆以疾病管制署發布資訊為最終依規。

在此也致敬疫情前線的所有工作人員。

特別紀念SARS在和平醫院離世之醫護同仁:

  • 陳靜秋 / 台北和平醫院護理長
    2003年5月1日殉職
  • 陳呂麗玉 / 台北和平醫院清潔環保員
    2003年5月3日殉職
  • 林佳鈴 / 台北和平醫院護理師
    2003年5月11日殉職
  • 林重威 / 台北和平醫院醫生
    2003年5月15日殉職
  • 楊淑媜 / 台北和平醫院護理書記
    2003年5月28日殉職
  • 蔡巧妙 / 台北和平醫院醫檢師
    2003年6月13日殉職
  • 鄭雪慧 / 台北和平醫院護理部副主任
    2003年5月18日殉職

註1:2002年以前,僅知兩種冠狀病毒-HCoV-OC43和HCoV-229E能引起人類的上呼吸道感染,請見參考文獻2。

參考文獻

  1. 【紀念SARS因工殉職和平醫護逝世15周年】。臺北市立聯合醫院企業工會-北市聯醫工會facebook
  2. Stanley Perlman and Jason Netland (2009) Coronaviruses post-SARS: Update on replication and pathogenesis. Nature Reviews Microbiology. 7. 439-450. DOI: 10.1038/nrmicro2147
  3. 嚴重急性呼吸道症候群,疾病介紹。中華民國疾病管制署
  4. Eric HY Lau, C Agnes Hsiung, Benjamin J Cowling, Chang-Hsun Chen, Lai-Ming Ho, Thomas Tsang, Chiu-Wen Chang, Christl A Donnelly & Gabriel M Leung  (2010) A comparative epidemiologic analysis of SARS in Hong Kong, Beijing and Taiwan. BMC Infectious Diseases. https://doi.org/10.1186/1471-2334-10-50
  5. Centers for Disease Control and Prevention, US CDC (2003) Outbreak of Severe Acute Respiratory Syndrome —Worldwide, 2003. Morbidity and Mortality Weekly Report.
  6. L. Clifford McDonald, Andrew E. Simor, Ih-Jen Su, Susan Maloney, Marianna Ofner, Kow-Tong Chen, James F. Lando, Allison McGeer, Min-Ling Lee, and Daniel B. Jernigan (2004) SARS in Healthcare Facilities, Toronto and Taiwan. Emerging Infectious Diseases. 10. 777-781.DOI: 10.3201/eid1005.030791
  7. Thomas G. Ksiazek, D.V.M., Ph.D., Dean Erdman, Dr.P.H., Cynthia S. Goldsmith, M.S., Sherif R. Zaki, M.D., Ph.D., Teresa Peret, Ph.D., Shannon Emery, B.S., Suxiang Tong, Ph.D., Carlo Urbani, M.D., James A. Comer, Ph.D., M.P.H., Wilina Lim, M.D., Pierre E. Rollin, M.D., Scott F. Dowell, M.D., M.P.H., Ai-Ee Ling, M.D., Charles D. Humphrey, Ph.D., Wun-Ju Shieh, M.D., Ph.D., Jeannette Guarner, M.D., Christopher D. Paddock, M.D., M.P.H.T.M., Paul Rota, Ph.D., Barry Fields, Ph.D., Joseph DeRisi, Ph.D., Jyh-Yuan Yang, Ph.D., Nancy Cox, Ph.D., James M. Hughes, M.D., James W. LeDuc, Ph.D., William J. Bellini, Ph.D., Larry J. Anderson, M.D., and the SARS Working Group (2003) A Novel Coronavirus Associated with Severe Acute Respiratory Syndrome. The New England Journal of Medicine. 348. 1953-1966. DOI: 10.1056/NEJMoa030781
  8. Wing K. Fung, Philip L.H. Yu (2003) SARS case-fatality rates. Canadian Medical Association or its licensors. 277-278
  9. Dr WH Seto FRCPath, D Tsang FHKCPath, RWH Yung FRCPath, TY Ching RN, TK Ng FRCPath, M Ho FRCPath, LM Ho PhD, JSM Peiris FRCPath, Advisors of Expert SARS group of Hospital Authority. (2003) Effectiveness of precautions against droplets and contact in prevention of nosocomial transmission of severe acute respiratory syndrome (SARS). The Lancet. 361. 1519-1520
  10. Yee-Chun Chen, Li-Min Huang, Chang-Chuan Chan, Chan-Ping Su, Shan-Chwen Chang, Ying-Ying Chang, Mei-Ling Chen, Chien-Ching Hung, Wen-Jone Chen, Fang-Yue Lin, Yuan-Teh Lee, and the SARS Research Group of National Taiwan University College of Medicine and National Taiwan University Hospital. (2004) SARS in Hospital Emergency Room. Emerging Infectious Diseases. 10. 782-788. DOI: 10.3201/eid1005.030579
  11. Meagan Bolles, Eric Donaldson, and Ralph Barica (2012) SARS-CoV and Emergent Coronaviruses: Viral Determinants of Interspecies Transmission. Current Opinion in Virology. 624-634. DOI: 10.1016/j.coviro.2011.10.012

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蔣維倫。很喜歡貓貓。曾意外地收集到台、清、交三間學校的畢業證書。泛科學作家、科學月刊作家、故事作家、udn鳴人堂作家、前國衛院衛生福利政策研究學者。 商業邀稿:miss9ch@gmail.com 文章作品:http://pansci.asia/archives/author/miss9

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看過「水熊蟲」走路嗎?——牠的步態與 50 萬倍大的昆蟲很相似!

Riley Tu_96
・2021/09/17 ・2195字 ・閱讀時間約 4 分鐘

不到一毫米身長的水熊蟲,是一種多細胞微小的生物,在 18 世紀被科學家發現,歸類於緩步動物門,目前全球被發現大約有 1000 種,棲息地在淡水沉積物、苔鮮類的水膜以及少數種類棲息於海水的潮間帶,在喜馬拉雅山脈或深海都可以發現牠們的身影。

聽起來毫不起眼…嗎?那你就錯了,牠可是目前是第一種被認證可在太空中生存的動物,堪稱地表上最強的生物!

水熊蟲在顯微鏡下的樣子。圖/flicker, CC BY 2.0。

環境不太舒適? 那就「假死」一下吧

水熊蟲體長通常在 0.3-0.5mm 左右,擁有頭部和四個體節,身體的表面含有幾丁質(節肢動物外殼的成分),擁有 8 隻腳,末端有爪子、吸盤跟腳趾,在顯微鏡下觀察,看到牠們身形飽滿、動作又笨重,所以被科學家稱為「水熊蟲」。

在 2019 年年 2 月 21 日,以色列的太空船創世紀號墜毀在月球,卻意外發現有大量的水熊蟲在 DVD 大小的鎳片,其實在 2007 年 FOTON-M3 任務,水熊蟲在太空待了十天,隨後回到地球,發現約 70% 的水熊蟲存活,並成功繁衍後代。

水熊蟲可以在乾燥、高溫(約為150 °C)、絕對零度(-272℃),面對輻射以及真空下的環境存活,因為具有四種隱生狀態,低濕隱生、低溫隱生、變滲隱生跟缺氧隱生,面對不利於生存的環境下,牠們會捲縮起來,讓水分排出、暫停身體代謝,處於「假死」的狀態!

科學家們表示微重力和宇宙輻射,對水熊蟲影響不大,未來有望在太空研究中扮演重要的角色!

水熊蟲可以上山下海,不禁讓人心想,那些因太空船墜毀而登上月球的水熊蟲,至今是否還能行動? 

名子有「熊」、長了八隻腳,步態卻像蟲?

最近刊登在「美國國家科學院院刊」(Proceedings of National Academy of Sciences, PNAS)的一項新研究,透過用高速攝影記錄了水熊蟲的移動,意外發現水熊蟲的爬行方式跟比自己大 50 萬倍的昆蟲相似。

通常尺寸像緩步動物門一樣小的生物很少有腳,牠們不走路而只會四處滑動亂竄;水熊蟲卻擁有 8 隻腳,是一種很特別的生物,讓科學家不禁好奇,這麼微小的生物是利用什麼方式移動,於是對牠們進行了研究。

圖/GIPHY

洛克菲勒大學的研究團隊,在顯微鏡下長時間持續觀察水熊蟲,並記錄其行走的步態(走路時身體各部位週期性的動態表現)。研究人員 Jasmine Nirody 表示,水熊蟲在沒有外力干擾下,有時牠們會很冷靜,以每秒半個身長的速度悠閒地漫步;當牠們看到對自己有吸引力的事物,這時會像踩了油門般,加快速度往目標物前進,可以達到每秒兩個身長。

研究團隊從水熊蟲移動的步態,以科學角度來解釋,我們平常走路,腳跟後蹬,此時會產生靜摩擦力,所以水熊蟲的爬行是靠著腳與地面接觸獲得動力,然而當我們行走在不同環境 ( 光滑或粗糙地面 ) ,會受到不同壓力、產生靜摩擦力不同,不過牠們的肢體協調很靈活,不管在大海或沙漠,牠們都會去應變不同環境!

水熊蟲跟昆蟲、甲殼類動物很相似,牠們都是在不同速度下步態相同,而脊椎動物會依據不同的速度改變其步態。

對此,研究團隊有兩種解釋,第一種是緩步動物可能跟螞蟻或是果蠅這類昆蟲或其他節肢動物有演化上的共同祖先,甚至有相似的神經迴路;第二種可能性是緩步動物和節肢動物並沒有共同的祖先,這兩類不同群體的生物為了生存,而進化出相同的行走。

但這只是兩種假設性說法,到底答案是什麼,還需要科學家們進一步研究。

水熊蟲的一小步,是科技上的一大步

水熊蟲的研究除了對動物運動學有很大的進展,科學們之後有望研究出,微小尺度行動的機器人!

某種水熊蟲的雌蟲。圖/WIKIPEDIA, by Gąsiorek P, Vončina K。

例如 2020 年美國康乃爾大學跟賓夕法尼亞大學的研究團隊,設計出小於 0.1 毫米的微小機器人,一塊晶片上就可以製造出約一百萬個機器人。

從 4 吋晶圓切下的一塊晶片上,表面約有 100 萬個微型機器人。圖/參考資料 4

這個微小型機器人由矽太陽能光電材料製作的簡單電路,跟四個電化學執行器製成的腳組成。研究團隊把機器人放在 200 微伏電壓、10 奈瓦功率的雷射光照射,從顯微鏡下觀察,會發現這些機器人在液體中游動。

這些機器人目前只能移動,其他功能還需要開發,水熊蟲的研究對微小型機器人的設計有很大的幫助,如果機器人再經過改良,在醫學上也有幫助,例如:運送藥物、人工受精、執行組織切片或微型手術等,雖然當中也有風險,需要經過跨領域的專家協助,找出適合臨床的使用。

除了微小型機器人,也對仿生機器人有幫助,其中昆蟲機器人考量到複雜機構學、運動學、動力學、昆蟲步態等研究,未來昆蟲機器人朝向以微小尺度、可進入角落或縫隙、環境監測等目標前進!

參考資料

  1. Creature Survives Naked in Space, SPACE.com
  2. ‘Water bears’ are first animal to survive space vacuum, New Scientist.
  3. The physics behind a tardigrade’s lumbering gait, Science Daily.
  4. Electronically integrated, mass-manufactured, microscopic robots, Nature.

Riley Tu_96
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一個喜歡涉略很多事物,卻被物理耽誤的女子。
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