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檢驗病毒抗體、合成瑞德西韋,面對COVID-19中研院跨域合作並開放學研成果

PanSci_96
・2020/02/21 ・1616字 ・閱讀時間約 3 分鐘 ・SR值 574 ・九年級
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2019 新型冠狀病毒(COVID-19,也稱武漢肺炎)疫情蔓延,要減緩甚或是讓疫情早日結束,需要各領域學研界的分進合擊。中央研究院在春節期間(1月28日)就召集院內專家共同討論對策,組成「新冠病毒任務工作小組」,針對血清抗體檢測、病毒抗原檢測、新型治療性抗體、抗病毒藥物,及疫苗等面向進行跨領域的合作;在近期也有了初步的成果,未來相關研究成果也將依既有學術界規定共享。

2周合成百毫克級Remdesivir

中研院化學所陳榮傑副研究員的研究團隊於2月6日開始研究,但由於合成 Remdesivir (瑞德西韋)的起始物缺貨,因此參考美國原廠文件從較前端的步驟開始合成,經過日以繼夜趕工,其中還有一些化合物必須透過更精密的再結晶方式純化;日前在2月20日取得經光譜鑑定,純度達 97% 的 Remdesivir。

陳榮傑說,藥物合成工作艱鉅複雜,他們是僅僅7人的團隊,但每位同仁都具有強烈的使命感,盼對疫情有所貢獻,日以繼夜地投入研究,才能在兩週內成功合成 Remdesivir。廖俊智院長強調,此成果顯示中研院有能力承接藥物合成作業,但希望備而不用,未來因應疫情所需,可透過技術授權在臺灣大量生產,支援國家防疫。

辨識新冠病毒核蛋白的抗體

冠狀病毒不易以培養方式分離,因此檢驗大多是以「反轉錄聚合酵素鏈式反應」(RT-PCR)為首選。但在釐清國內第19例COVID-19(武漢肺炎)確定病例感染源時,由於其檢體中已經檢驗不出病毒,但由於人體感染冠狀病毒後通常會產生大量針對冠狀病毒核蛋白的抗體,因此衛福部疾管署委託中研院針對可能的傳染源得血清檢體進行新型冠狀病毒的抗體反應偵測。

檢測方法利用西方墨點法 (Western-blotting),將製備好的抗原利用電泳膠體分析後,經過薄膜轉漬,加入檢體血清進行抗體反應呈色。抗原製備是利用大腸桿菌進行冠狀病毒核蛋白的表達純化,並驗證其可作為病人血清抗體偵測的試劑。分析結果顯示有其中一個檢體對 SARS 及新冠病毒核蛋白 (nucleocapsid protein)有抗體反應,對MERS 核蛋白沒有抗體反應,也因此在2月20日確認了1月22日自浙江返台,且曾出現呼吸道症狀並多次就醫的台商為感染源。

2/20確定19例的傳染源為浙江台商。source:2020/2/20 中央流行疫情指揮中心嚴重特殊傳染性肺炎記者會

能這樣快速地處理檢測,生醫所研究員林宜玲表示,這奠基於在2月初時中研院生醫所、生化所、植微所和基因體中心已經先投入針對血清抗體檢測、病毒抗原檢測等相關研究的製備。而現階段雖然此流程不會納入疫情指揮中心的檢測流程當中,但對於未來做流行病學研究會有相當的幫助,中研院也會開放相關的研究內容以供其他學研單位利用。

中研院籌組開放科學平台

中央研究院廖俊智院長在13日召開「國內學研單位COVID-19合作平台」會議,在會中倡議開放科學(open science)的精神,以利學研單位共享研究材料、研究資訊,及智財成果。

與會的十五個國內學研單位代表(包含中研院生醫所、基因體中心、生醫轉譯中心、分生所、化學所、農生中心,衛福部疾管署、農委會、科技部等部會,臺灣大學、陽明大學、成功大學、清華大學、長庚大學及國防醫學院等大專院校,以及國衛院、工研院、財團法人生物技術開發中心、國動中心等研究法人)決議組成十三項協作子平台,包括病毒培養、檢體,病毒分讓、檢測、老藥新用、關鍵材料供應、智慧財產權、抗體、小分子合成、疫苗、抗原、動物模式、社會倫理與法律等,共同投入 COVID-19 的快速篩檢工具、藥物與疫苗研發。

目前研究需求包括感染控制、流行病學調查、臨床診斷與治療、快篩方式(包括病毒RNA、病毒抗原、血清抗體的檢測)、治療性藥物(中和抗體、小分子藥物)、疫苗,及SARS-CoV-2病毒致病機轉等。此外,也應納入社會倫理及法律等相關研究,以利疫情的控制與後續影響的評估。

短期目標希望能建立資源共享平台,讓學研單位能共同分享研究材料及資訊,多管齊下也等同買保險,確保研究成果的時效;中期目標為,在一切順利的情況下,最快約3至6個月能有小規模快篩檢測的原型產品;他也指出,新型小分子藥物、治療性抗體及疫苗則約需1.5年以上時間,為下一波疫情準備。

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福衛五號影像經溫度調控、回溯修正後,解析度已有大幅改善
PanSci_96
・2017/11/28 ・998字 ・閱讀時間約 2 分鐘 ・SR值 587 ・九年級
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  • 20170919 南投,圖/國研院提供。

福爾摩沙衛星五號於今年 8 月 25 日發射,台灣時間 9 月 8 日(美西時間 9 月 7 日)光學遙測酬載開始進行取像後,發現影像略有模糊及光斑現象產生,研判可能是遙測取像儀焦距偏移所造成。

國家實驗研究院旋即成立由 9 位專家學者組成的遙測取像專案小組,以確認焦距偏移原因並進一步提升影像品質。在專案小組多次工作會議的建議指導下,太空中心團隊運用取像儀的溫度調控機制及「回溯修正」(deconvolution)的失焦影像還原技術,大幅改善福衛五號影像品質,目前已可達黑白 3 米、彩色 5 米之解析度。國研院太空中心將在專案小組協助下,朝原訂目標黑白 2 米、彩色 4 米之解析度繼續努力。

美國加州修正前,圖/國研院提供。
美國加州修正後,圖/國研院提供。

所謂溫度調控是改變衛星內部溫度,以利用熱漲冷縮之原理改變遙測取像儀之焦距。經過反覆測試與分析,最後發現調整部分區域溫度,將固定主鏡的結構體升至 35℃,次鏡支撐環升至 30℃,可將光斑直徑縮小約 15%。而「回溯修正」則是以數值方法找出代表福衛五號影像光斑之點擴散函數(Point Spread Function, PSF),再對該影像進行回溯修正(deconvolution)運算,將失真的影像還原。

截至目前為止,福衛五號已成功取像累積超過 1000 組黑白/彩色影像,經過前述兩種方式處理過之影像,解析度可達黑白 3 米、彩色 5 米。目前相關調校工作仍持續進行中,專案小組也建議其他改善影像方式,期能再提升影像解析度。

20171001台北,圖/國研院提供。

此外,太空中心曾研議藉由改變衛星軌道高度以調整遙測取像儀焦距之方案,然而經由模擬結果,專案小組研判此方式對影像品質幫助不大,不建議太空中心執行。

在調校與改善衛星影像期間,國研院太空中心也已將福衛五號影像除光斑程序由初期的人工處理,改進為自動化處理,以加速影像處理速度,目前影像處理作業時間約會額外增加兩小時。待所有影像處理程序與方法確認後,太空中心將增加配置 GPU 電腦,預計未來將只需增加約一小時的處理時間,即可及時提供客戶影像產品及支援災害防救等任務。

至於遙測取像儀之所以產生焦距偏移現象,太空中心人員經由不同溫度的衛星影像分析研判,取像儀焦點向後偏移(即 CMOS 感測器位置較實際成像面近)約 1 毫米。至於發生此現象之可能原因,目前正進行實驗確認中。

  • 本篇修改自國研院新聞稿。
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德翔油汙最快五月清除 生態恐需三到五年才能回復
彭 琬馨
・2016/04/07 ・785字 ・閱讀時間約 1 分鐘 ・SR值 498 ・六年級
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  • 環保署水保科科長向朱立倫說明油污清理情況。圖/彭琬馨攝影

 

今(7)日下午跟著新北市長朱立倫來到德翔貨輪擱淺的海域,空氣中還是瀰漫濃濃重油味。

德翔貨輪從三月十號擱淺至今將近一個月,目前船艙內的油污在四月一號已經全數抽除,包含柴油 41.9 立方公尺、燃油 295.1 立方公尺、以及一立方公尺的潤滑油。新北市府與環保局動員四千多人,預計岸際油汙最快五月十五清除完畢,還在海上的貨輪則要到八、九月才能全部拆解完畢。

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德翔貨輪在北海岸污染擴散情形。圖/彭琬馨攝影。

新北市環保局水保科科長陳美玲表示,甲板上 142 個貨櫃已在四月六號完全吊離(包含八個含有甲苯、過氯酸鉀的危險貨櫃),其中七個落入水中的貨櫃尋獲五個,甲板下還有 243 個貨櫃要處理。第一時間除了抽除船艙內的油,在岸際的處理則是先撈起較大的油塊,接著以吸油條吸附油汙,再用高壓水沖走石塊上的殘油。目前岸際嚴重汙染區是從啡木屋到聖安宮這段六百公尺左右的地帶,新北市環保局發言人孫忠偉強調,沿岸設有十一個水質採樣點,隨時監控水質。

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當地漁民激動向朱立倫陳情德翔貨輪漏油帶來的損失,希望市府多幫忙。圖/彭琬馨。

大家最關心的應該還是海產污染的情況,漏油發生後,最靠近事發地點的富基漁港受到民眾預期心理影響,業績掉了將近三成。新北市長朱立倫說,富基的漁獲主要屬於深水魚、大多進口自國外,因此沒有受到德翔漏油的汙染,希望民眾可以安心購買。金山區漁會的理事長簡銀柱則當面向朱立倫陳情,他強調每年的這個時候正是石花菜的發芽時節,這次的汙染讓靠潮間帶維生的漁民苦不堪言,粗估當地生態環境至少要三到五年才能復原。

新北市府聘請海洋大學歐慶賢教授,針對事故造成三到五年的漁業損失進行評估,目前粗估損失大約是台幣 9403 萬元,市府將協助漁民向船公司求償。

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彭 琬馨
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一路都念一類組,沒什麼理科頭腦,但喜歡問為什麼,喜歡默默觀察人,對生活中的事物窮追不捨。相信只要努力就會變好,相信科學是為了人而存在。 在這個記者被大多數人看不起的年代,努力做個對得起自己的記者。

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全球暖化,深海海水也會跟著酸化?
活躍星系核_96
・2018/01/13 ・1680字 ・閱讀時間約 3 分鐘 ・SR值 560 ・八年級
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  • 中山大學發表以日本海為核心的研究成果。圖/By Chris 73@Wiki

國立中山大學海洋科學系講座教授陳鎮東主導台日合作團隊,發表全球變遷研究「全球暖化將加快深海海水酸化」(Deep oceans may acidify faster than anticipated due to global warming ),登上國際頂尖期刊《自然氣候變遷》(Nature Climate Change)。

本研究以日本海為例,證明暖化可能會加快深海海水酸化。

燃燒化石燃料放出的二氧化碳(CO2,又稱人為CO2)不只是造成全球暖化的溫室氣體,CO2 同時也是種酸性氣體,越來越多 CO2 溶到海水裡,就會造成海水酸化,衝擊著海洋生態的永續發展。

日本海研究,揭發全球暖化造成深海海水酸化

研究團隊成員、國家實驗研究院台灣海洋科技研究中心助理研究員雷漢杰解釋,以往在大洋觀察到的現象是,表水酸得最快,酸化速度則隨深度增加而減少,在 1000 多米深以下的海水,就已看不出有明顯酸化;但是在日本海,卻有不一樣的情況。

研究團隊重建過去幾十年日本海的海水酸鹼值(pH值),發現日本海 2500 米深的海水,酸化速度竟比表水的快了將近三成,而造成日本海深水酸化的元兇,不是人為排放的 CO2,而是有機質分解釋放出的 CO2

暖化會造成表層海水密度下降而沉不下去更深的地方,海水的上下對流就因此變慢或停下來,但從表水掉到深海的有機質仍舊被微生物分解而放出 CO2,就像食物放久了會「臭酸」一樣,海水的滯留時間越長,就會累積越多的 CO2 而變得越酸。日本海就像是一個迷你型的海洋,因為體形小,所以對氣候改變的反應較大洋快。

「過去幾十年裡在日本海看到的變化,未來很有可能會發生在整個大洋裡。」

──陳鎮東教授提醒

本研究使用的日本海紀錄站位置。圖/Chen et al, 2017

海洋酸化將衝擊生態與漁業發展

從目前的研究結果可見,未來海水酸化將衝擊到海洋生態以及漁業發展。 根據最新研究發現,在比較酸的海水中成長的仔魚,有些魚種的聽力會出現相當程度的受損,難以聽到獵食者靠近的聲音,大大降低其生存機會。

「科學家把蛤蜊養在不同酸度的海水裡,發現在越酸的海水裡,蛤蜊長得越小隻,貝殼構造也越不結實、健全。」陳鎮東講座教授進一步指出海水酸化對生物造成的嚴重影響,他表示,碳酸鈣是構成許多海洋生物殼體或骨骼的主要材質,例如珊瑚的骨格、貝類的殼等等;但碳酸鈣怕酸,海水一旦變酸,這些生物就會長得不好。

碳酸鈣是許多生物殼體或骨骼的主要材質,海水一旦變酸對他們的生長就會有不好的影響。圖/MrGajowy3@pixabay

雷漢杰強調,本研究歷時三年多,重建過去幾十年日本海不同深度海水的碳化學參數,實屬不易。過程中,陳鎮東講座教授更多次親赴日本相關單位,了解過去在日本海收集的數據的品保與品管(QA/QC)。陳鎮東教授過去發表關於日本海的論文,是重建過程的一大關鍵;而日本氣象廳近幾年分析的碳化學數據,以及陳鎮東教授與龔國慶教授 1992 年在日本海收集的數據,成為驗證重建結果好壞的重要指標。

本研究兩位作者,陳鎮東講座教授(左)與雷漢杰研究員(右)圖/國立中山大學提供。
  • 本研究論文的共同作者還包括陳鎮東講座教授的碩士畢業生謝佳翰、日本國際封閉式沿海環境管理中心(International Environmental Management of Enclosed Coastal Seas Center)的 Tetsuo Yanagi 教授、日本氣象廳氣象研究所的 Naohiro Kosugi 與 Masao Ishii 研究員,以及國立海洋大學的終身特聘教授龔國慶老師。
  • 本文編修自國立中山大學新聞稿「暖化加快深海酸化 中山大學跨國研究登頂尖期刊」

參考資料:

 

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活躍星系核_96
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活躍星系核(active galactic nucleus, AGN)是一類中央核區活動性很強的河外星系。這些星系比普通星系活躍,在從無線電波到伽瑪射線的全波段裡都發出很強的電磁輻射。 本帳號發表來自各方的投稿。附有資料出處的科學好文,都歡迎你來投稿喔。 Email: contact@pansci.asia