什麼是企鵝演算法？

企鵝演算法（Google Penguin）是 Google 防治黑帽 SEO（Search Engine Optimization，搜尋引擎最佳化） 的核心演算法，於 2012年 4 月正式啟用。所謂黑帽 SEO，就是透過欺騙、惡意誤導搜尋引擎的手段來提升關鍵字排名；而企鵝演算法主要掃蕩劣質反向連結、或是亂塞關鍵字的網站。

反向連結與權重傳遞

在了解企鵝演算法之前，必須先認識「反向連結」(Backlinks)。所謂反向連結，就是「他人網域中，連到我網域的連結」（對他人的網域來說，這是一個「外部連結」）。

例如小美是個美食部落客，她覺得我寫的咖啡廳介紹文不錯，因而在她的文章中放一個連結導到我的咖啡廳介紹文；此時，對我來說，我就獲得了一個來自小美網站的反向連結，對小美來說，則是在她的網站置入了一個外部連結。

每個網站在搜尋引擎眼中，是有「權重」之分的。權重影響了關鍵字排名，它是根據多個指標計算得出，權重越高代表該網站越優質、可信，能拿到較佳排名；而反向連結不僅是計算的指標之一，更是傳遞權重的媒介。

反向連結就像投票一樣，越多人願意引用你的網站，表示你的內容有高度相關且品質足夠好、值得被使用者看見，Google 對你的信賴度也會更高、權重更好，進而在搜尋結果頁中將你的網站排在前面。[註]

值得注意的是，每個反向連結都代表了一張票，但在搜尋引擎的世界裡，並不是像民主選舉一樣，不分種族性別社會地位、每個人投下的票都是同等價值。假如你被紐約時報、維基百科等本來權重就很高的網站引用，會比拿到來自不知名新成立部落格的反向連結，獲得更高的權重。也就是說，反向連結來源網站的權重越好，你獲得的權重也越多；與其爭取各種來路不明小網站的引用，不如從權重高的大網站拿到反向連結。

此外，網站與網站間的關聯性也很重要。搜尋引擎的本質是為了搜尋者而服務，假如使用者瀏覽一篇料理相關的文章，點開文中的一個連結卻是連到汽車介紹的網站，必定會覺得莫名其妙；正因為如此，Google 才如此看重網站間的相關性。在SEO 的世界中，「權重為王，關聯為后」，一個優質的反向連結，來源網站最好是高權重且高相關。

反向連結的濫用

由於反向連結具有上述傳遞權重的特性，過去一些投機人士便利用這點，透過各種惡意手法建立劣質的反向連結，以騙過搜尋引擎、拿到更好的排名。比如，到權重高的網站瘋狂刷帶有自己網站連結的留言，「強制」獲得價值高的反向連結；或者自己大量建立各種網站，明明主題毫無相關但還是不管三七二十一通通互相連來連去，藉此洗高權重。

這些行為已經嚴重影響了權重與排名計算機制，同時也大大破壞了使用者的搜尋體驗，用戶點擊連結是為了得到相關的內容、卻只看到一堆垃圾網站。面對這些惡意的黑帽手段，Google 不得不採取對策，例如透過企鵝演算法，以維護搜尋引擎的清淨與使用體驗。

誰可能會被企鵝演算法懲罰？

上述的反向連結濫用問題，促成了企鵝演算法的誕生，企鵝演算法可說是劣質反向連結的剋星。不過，究竟哪些類型的連結可能會被企鵝演算法懲罰呢？在 Google官方指南中有詳盡說明：

• 付費購買連結。付費形式不限於金錢，以商品、服務等作交換也一樣。
• 大量刻意的連結交換，或是為了交叉連連結創建一堆網站。
• 在各式各樣的網站頁腳刻意置入連結。例如網頁設計公司在每個客戶的網站都加上自己的連結做宣傳；網站與網站間的關聯性極低，很可能會被演算法判定在洗連結。
• 在論壇、部落格等網站透過洗留言或簽名檔大量置入自己的網站
• 不自然的操縱連結。例如，經營旅遊部落格的小明到處投稿了 100 篇文章，不管任何主題的都要求刊稿方在文章最後加上：本文由旅遊專家小明撰寫、放置連到他的旅遊部落格的連結；由於各文章間相關性太低、錨點文字（上面那串藍色帶底線的字）太刻意，同樣可能被判定為洗連結。

除了連結之外，「亂塞關鍵字」( keyword stuffing ) 也會被企鵝演算法偵測。所謂亂塞關鍵字，就是在內容中不自然地大量塞入一堆關鍵字，藉此提升排名。例如，目標關鍵字是「台北 咖啡廳」，亂塞關鍵字的內容可能會是：「住在台北的台北人都超推薦位在台北的ＯＯ咖啡廳，ＯＯ咖啡廳在台北真的很受台北咖啡廳迷歡迎，所有愛去咖啡廳的台北人都喜歡去台北的ＯＯ咖啡廳喝好喝的台北咖啡」這類言不及義的句子。

一旦被企鵝演算法抓到，該網站在搜尋結果頁的排名就會被大幅降低、連帶影響自然流量（使用者透過關鍵字搜尋自然點進來的流量），甚至可能被搜尋引擎取消收錄、永遠搜不到而消失在網路世界。

根據官方於 2012 年的統計，在企鵝演算法正式上線後，影響了約 12% 的搜尋結果。2016 年，Google 正式宣布企鵝演算法已納入搜尋引擎的核心演算法之一，可見其重要性。

總結

迄今，企鵝演算法已更新至 4.0 版本，且仍然持續迭代中。瞭解企鵝演算法的發展與運作，可以讓你更清楚知道在經營 SEO 時應避免誤踩哪些「地雷」，並明白適當使用關鍵字、撰寫高品質的內容以及爭取優質的反向連結才是提升關鍵字排名的王道！

註解

• 註：反向連結、網站權重以及排名間的衡量，會由另一個名為“PageRank”的演算法做運算。

資料來源

1. Another step to reward high-quality sites – Google Official Blog
2. 對 SEO 影響至關重要的排名因素：反向連結 (Backlinks) – JKL SEO
3. 誰能佔領搜尋結果第一名？從 PageRank 網頁排名演算法談起 – 泛科學
4. Link schemes – Google Search Central
5. Penguin is now part of our core algorithm – Google Search Central

本文轉載自中央研究院研之有物，泛科學為宣傳推廣執行單位。

• 採訪撰文／寒波
• 美術設計／林洵安

為何新冠病毒突變之後傳染力更強？

COVID-19 至今仍深深影響全人類，新冠病毒持續演化，例如曾經造成臺灣大規模社區感染的 Alpha 變異株、傳染力更強的 Delta 變異株，近期出現的 Omicron 變異株等，它們逃避免疫系統的能力都不一樣，關鍵就在不同的棘蛋白（spike protein）結構。「研之有物」專訪中央研究院生物化學研究所徐尚德副研究員，他的團隊陸續解析各種新冠病毒變異株的棘蛋白結構，不但能釐清新的突變帶來的威脅，後續也可作為研發人造抗體的指引。

解析新型冠狀病毒棘蛋白

COVID-19 的病原體是一種冠狀病毒，和 SARS 病毒是近親，正式命名為 SARS-CoV-2，中文常稱作新型冠狀病毒。為了知道病毒如何感染人體細胞，以及如何逃避免疫系統的辨識，我們需要進一步瞭解冠狀病毒表面的棘蛋白結構。

結構為什麼重要？因為結構會影響蛋白質功能。蛋白質是由不同的氨基酸所組成的長鏈，實際作用時會摺疊形成特別立體結構，而冠狀病毒的蛋白質中，又以棘蛋白最為關鍵。

徐尚德強調，棘蛋白是冠狀病毒暴露在表面的蛋白質之一，絕大多數被感染者的免疫系統所產生的抗體都是辨識棘蛋白。因此現今臨床使用的蛋白質次單元疫苗、腺病毒疫苗以及 mRNA 疫苗，都是以棘蛋白為基礎來研發。

Cryo-EM 讓蛋白質結構無所遁形

工欲善其事，必先利其器。解析蛋白質結構的方法很多，早期的 X 光晶體繞射（X-ray diffraction），就像將影片定格截圖，但不一定為蛋白質實際作用的狀態。

再來是核磁共振（Nuclear Magnetic Resonanc，簡稱 NMR），這是徐尚德留學深造時的專業，可以重現蛋白質在水溶液中的結構及動態，更接近實際作用的形態，可惜不適合分子量較大的分子。

目前結構生物學最具潛力的新技術是：冷凍電子顯微鏡（Cryogenic Electron Microscopy，簡稱 Cryo-EM），Cryo-EM 可以拍出原子尺度下高解析度的三維結構，此技術於 2017 年獲得諾貝爾化學獎。中研院則於 2018 年開始添購 Cryo-EM 設備，而 Cryo-EM 正是徐尚德用來解析棘蛋白結構的主要利器！

在 COVID-19 疫情爆發初期（2020 年 1 月），徐尚德就率先啟動新冠病毒的結構分析，當時他的研究團隊剛好已分析過感染貓科動物的冠狀病毒，對於解析棘蛋白結構有一定經驗，可說是贏得先機。

具體來說，如何用 Cryo-EM 解析新冠病毒的棘蛋白結構？

首先要大量培養新冠病毒、再分離、純化得到棘蛋白。接下來，將大量蛋白質樣本鋪成薄薄一層液體，之後以 -190℃ 急速冷凍，讓蛋白質分子保持凍結前的形態，最後用程式重建棘蛋白的三維影像。徐尚德譬喻，就像一匹馬在高速移動時，連續拍攝許多照片，再將照片疊加起來，重建馬的形狀。

棘蛋白的體積已經算大，假如又與其他蛋白質結合，體積將會更大。能解析如此龐大結構為 Cryo-EM 一大優點，但是也會創造很大的資料量。徐尚德強調，用 Cryo-EM 分析蛋白質結構不只做實驗，也要協調資料處理等疑難雜症。

關鍵 D614G 突變，讓新冠病毒棘蛋白穩定性大增

儘管已有貓冠狀病毒的經驗，徐尚德研究團隊初期仍經歷一陣摸索，一大困難在於，做實驗時發現不少棘蛋白壞掉，不再保持原本的結構。

這是因為一般取得蛋白質樣本後會置於 4°C 冷藏，但 4°C 其實不適合保存棘蛋白。接著徐尚德細心觀察到，具備 D614G 突變的棘蛋白，保存期限竟然比沒突變的棘蛋白要長，可以從 1 天增加到至少 1 週。

什麼是 D614G 突變呢？武漢爆發 COVID-19 疫情的初版新冠病毒，其棘蛋白全長超過 1200 個胺基酸，D614G 突變的意思就是：第 614 號氨基酸由天門冬胺酸（aspartic acid，縮寫為 D）變成甘胺酸（glycine，縮寫為 G）。

D614G 突變誕生後，存在感持續上升，2020 年 6 月時已經成為全世界的主流，隨後新冠病毒 Alpha、Delta 等變異株，皆建立於 D614G 的基礎上。

儘管序列僅有微小差異，許多證據指出 D614G 突變會增加新冠病毒的傳染力。有趣的是，它也能大幅增加棘蛋白在體外的穩定性。因此在研究用途上，變種病毒的棘蛋白反而容易保存，徐尚德更指出，對抗變種病毒的蛋白質次單元疫苗（subunit vaccine）穩定性也會增加。

新冠病毒棘蛋白的「三隻爪子」：受器結合區域

徐尚德參與的一系列新冠病毒結構研究，除了棘蛋白本身，還包含棘蛋白與細胞受器 ACE2 的結合、棘蛋白和人造抗體的結合。

既然要解析結構，儀器「解析度」能看清楚多小的尺度就很重要！蛋白質結構學的常見單位是 Å（10^-10 公尺），原子與原子間的距離約為 2 Å，Cryo-EM 的極限將近 1 Å，不過棘蛋白大約到 3 Å 便足以重建立體結構。

冠狀病毒如何感染宿主細胞，和結構又有什麼關係？棘蛋白位於冠狀病毒的表面，直接接觸宿主細胞受器 ACE2 的部分，稱為受器結合區域（receptor binding domain，簡稱 RBD），結構可能展現「向上」（RBD-up）或是「向下」（RBD-down）的狀態。向下，RBD 便不會接觸宿主細胞的受器，缺乏感染能力，；向上，RBD 方能結合受器，引發後續入侵。

新冠病毒表面的棘蛋白有「三隻爪子」（3 RBD），RBD 有可能同時向上（3 RBD-up），也可能只有 1～2 個向上，結構會影響病毒的感染能力。更詳細地說，棘蛋白某些胺基酸位置的差異，會影響結構的開放與封閉程度。

棘蛋白向上或向下是動態的，假如能保持穩定性，延長向上的時間，也有助於新冠病毒的感染。這正是徐尚德一系列研究下來，實際觀察到不同品系的變化。

一網打盡所有高關注變異株的結構變化

和武漢最初的新冠病毒相比，D614G 突變帶來什麼改變呢？簡單說：棘蛋白向上的比例增加了，導致整個結構變得更加開放，增加新冠病毒對宿主受器的親合力（affinity）。

以 D614G 為基礎，接下來又獨立衍生出數款品系，皆具備多個突變，傳染力、抵抗力更強 。影響最大的是首先於英國現身的 Alpha（B.1.1.7）、南非的 Beta（B.1.351）、巴西的 Gamma（P.1），以及更晚幾個月後，於印度誕生的 Kappa（B.167.1）與 Delta（B.167.2）。Alpha 一度於世界廣傳，導致包括臺灣在內的嚴重疫情，不過隨後不敵優勢更大的 Delta。

對於上述品系，徐尚德率隊一網打盡。 Alpha 的棘蛋白結構解析已經發表於 《自然－結構與分子生物學》（Nature Structural & Molecular Biology）期刊，其餘新冠病毒變異株的論文仍在等待審查，目前能在預印網站 bioRxiv 看到，該研究一次報告 38 個 Cryo-EM 結構，刷新紀錄。

Alpha 變異株的 RBD 向上結構穩定

一度入侵台灣造成社區大規模感染的 Alpha 株有何優勢？其棘蛋白除了 D614G，還多出 8 處胺基酸突變，徐尚德發現 N501Y（天門冬酰胺變成酪胺酸）、A570D（丙胺酸變成天門冬胺酸）的影響相當關鍵。

直覺地想，棘蛋白的外層結構才會與受器接觸影響傳染力，立體結構中第 570 號胺基酸的位置比較裡面，乍看並不要緊。但是徐尚德敏銳地捕捉到，A570D 突變會改變局部的空間關係，令「RBD 向上」的結構更加穩定。徐尚德形容為「腳踏板」（pedal-bin）── A570D 突變的效果就像踩著垃圾桶的腳踏板，讓桶蓋（也就是 RBD）穩定保持開啟。

事實上，棘蛋白總體向上的比例，Alpha 還比單純的 D614G 突變株更少，不過 A570D 增進的穩定性似乎優勢更大。研究團隊製作缺乏 A570D 突變的人造模擬病毒，嘗試體外感染人類細胞，發現感染力明顯減少，證實 A570D 突變頗有貢獻。

Alpha 變異株的棘蛋白親近宿主細胞，干擾抗體作用

另一個重要突變是 N501Y，不只 Alpha 有，Beta 等許多品系也有，Delta 則無。N501Y 在眾多品系獨立誕生，似乎為趨同演化所致。N501Y 能為病毒帶來哪些優勢？

第 501 號胺基酸位於棘蛋白表面，會直接與宿主受器 ACE2 結合。此一位置變成酪胺酸（tyrosine，縮寫為 Y）後，和受器的 Y41 兩個酪胺酸之間，容易形成苯環和苯環的「π–π stacking」鍵結，從而大幅提升棘蛋白對細胞的親合力。

另一方面，N501Y 突變也會干擾抗體的作用。中研院細胞與個體生物學研究所的吳漢忠特聘研究員，率隊研發一批針對棘蛋白的人造抗體，測試發現有一款抗體 chAb25 對 D614G 突變株相當有效，但是對 Alpha 株無能為力。徐尚德由結構分析發現：N501Y 改變了棘蛋白表面的形狀，讓抗體 chAb25 無法附著。

好消息是，另外有兩款抗體 chAb15、chAb45，依然能有效對抗 Alpha 病毒，不受 N501Y 影響。這兩款抗體會附著在棘蛋白 RBD 的邊緣，避免棘蛋白和宿主細胞接觸。而且抗體 chAb15、chAb45 會各占一方，可以同時使用，多面協同打擊病毒。

棘蛋白結構不只胺基酸，還要注意表面的醣

有了 Alpha 的經驗，接下來分析 Beta、Gamma、Kappa、Delta 便順手很多。這批新冠病毒的棘蛋白變化多端，但是「RBD 向上」的整體比例皆超過 Alpha 和 D614G 突變株，可見適應上各有巧妙。徐尚德也發現，要釐清棘蛋白的結構，不能只關心蛋白質，還要考慮棘蛋白表面的醣基化（glycosylation）修飾。

蛋白質在完工後，某些胺基酸還能加上各種醣基。病毒蛋白質表面的醣基可以作為防護罩，干擾抗體和免疫系統的辨識。醣基化修飾就像替病毒訂作一套迷彩外衣，不同變異株的情況都不一樣，假如醣基化的位置和數量，由於突變而改變，便有可能影響立體結構，有助於它們閃躲抗體。例如和武漢原版新冠病毒相比，Delta 株棘蛋白少了一個醣化修飾，Gamma 株棘蛋白則多了兩處醣化。

還好從結構看來，並沒有任何突變組合能完美逃避抗體。例如由美國的雷傑納榮製藥公司（Regeneron）製作並通過緊急使用授權的抗體；以及中研院吳漢忠率隊研發，有望投入實用的多款人造抗體，對變異品系依然有效。這場人類與病毒的長期抗戰中，同時使用多款抗體的「雞尾酒」療法，仍然是可行的醫療方案。

回顧將近兩年來的研究之路，徐尚德表示：時間壓力真的非常大！COVID-19 疫情爆發後，全世界投入相關研究的專家眾多，只要稍有遲疑，便會落在競爭者後頭。但是即使跑在最前端的研究者，也只能苦苦追趕病毒演化的速度，一篇論文還在審查時，現實世界的疫情已經邁向全新局面。

人類要贏得勝利，必需全方面認識病毒，而結構無疑是相當重要的一環。