2021 年諾貝爾生理學或醫學獎，史上最「有感」的得獎研究！ft. 陳志成博士【科科聊聊EP61】

本文與 BRITA 合作，泛科學企劃執行。

你確定你喝的水真的乾淨嗎？

如果你回到兩百年前，試圖喝一口當時世界上最大城市的飲用水，可能會立刻放下杯子——那水的顏色帶點黃褐，氣味刺鼻，甚至還飄著肉眼可見的雜質。十九世紀倫敦泰晤士河的水，被戲稱為「流動的污水」，當時的人們雖然知道水不乾淨，但卻無力改變，導致霍亂和傷寒等疾病肆虐。

幸運的是，現代自來水處理系統已經讓我們喝不到這種「肉眼可見」的污染物，但問題可還沒徹底解決。面對 21 世紀的飲水挑戰，哪些技術真正有效？

濾水技術：從霍亂危機到高效濾芯

19 世紀的歐洲因為城市人口膨脹與工業發展，面臨了前所未有的水污染挑戰。當時多數城市的供水系統仍然依賴河流、湖泊，甚至未經處理的地下水，導致傳染病肆虐。

1854 年，英國醫生約翰·斯諾（John Snow）透過流行病學調查，發現倫敦某口公共水井與霍亂爆發直接相關，這是歷史上首次確立「飲水與疾病傳播的關聯」。這項發現徹底改變了各國政府對供水系統的態度，促使公衛政策改革，加速了濾水與消毒技術的發展。到了 20 世紀初，英國、美國等國開始在自來水中加入氯消毒，成功降低霍亂、傷寒等水媒傳染病的發生率，這一技術迅速普及，成為現代供水安全的基石。    

 19 世紀末的台灣同樣深受傳染病困擾，尤其是鼠疫肆虐。1895 年割讓給日本後，惡劣的衛生條件成為殖民政府最棘手的問題之一。1896 年，後藤新平出任民政長官，他本人曾參與東京自來水與下水道系統的規劃建設，對公共衛生系統有深厚理解。為改善台灣水源與防疫問題，他邀請了曾參與東京水道工程的英籍技師 W.K. 巴爾頓（William Kinnimond Burton） 來台，規劃現代化的供水設施。在雙方合作下，台灣陸續建立起結合過濾、消毒、儲水與送水功能的設施。到 1917 年，全台已有 16 座現代水廠，有效改善公共衛生，為台灣城市化奠定關鍵基礎。

進入 20 世紀，人們已經可以喝到看起來乾淨的水，但問題真的解決了嗎？ 科學家如今發現，水裡仍然可能殘留奈米塑膠、重金屬、農藥、藥物代謝物，甚至微量的內分泌干擾物，這些看不見、嚐不出的隱形污染，正在成為21世紀的飲水挑戰。也因此，濾水技術迎來了一波科技革新，活性碳吸附、離子交換樹脂、微濾、逆滲透（RO）等技術相繼問世，各有其專長：

• 活性碳吸附：去除氯氣、異味與部分有機污染物

• 離子交換樹脂：軟化水質，去除鈣鎂離子，減少水垢

• 微濾技術、逆滲透（RO）技術：攔截細菌與部分微生物，過濾重金屬與污染物等

這些技術相互搭配，能夠大幅提升飲水安全，然而，無論技術如何進步，濾芯始終是濾水設備的核心。一個設計優良的濾芯，決定了水質能否真正被淨化，而現代濾水器的競爭，正是圍繞著「如何打造更高效、更耐用、更智能的濾芯」展開的。於是，最關鍵的問題就在於到底該如何確保濾芯的效能？

濾芯的壽命與更換頻率：濾水效能的關鍵時刻濾芯，雖然是濾水器中看不見的內部構件，卻是決定水質純淨度的核心。以德國濾水品牌 BRITA 為例，其濾芯技術結合椰殼活性碳和離子交換樹脂，能有效去除水中的氯、除草劑、殺蟲劑及藥物殘留等化學物質，並過濾鉛、銅等重金屬，同時軟化水質，提升口感。

然而，隨著市場需求的增長，非原廠濾芯也悄然湧現，這不僅影響濾水效果，更可能帶來健康風險。據消費者反映，同一網路賣場內便可輕易購得真假 BRITA 濾芯，顯示問題日益嚴重。為確保飲水安全，建議消費者僅在實體官方授權通路或網路官方直營旗艦店購買濾芯，避免誤用來路不明的濾芯產品讓自己的身體當過濾器。

辨識濾芯其實並不難——正品 BRITA 濾芯的紙盒下方應有「台灣碧然德」的進口商貼紙，正面則可看到 BRITA 商標，以及「4週換放芯喝」的標誌。塑膠袋外包裝上同樣印有 BRITA 商標。濾芯本體的上方會有兩個浮雕的 BRITA 字樣，並且沒有拉環設計，底部則標示著創新科技過濾結構。購買時仔細留意這些細節，才能確保濾芯發揮最佳過濾效果，讓每一口水都能保證潔淨安全。

不過，即便是正品濾芯，其效能也非永久不變。隨著使用時間增加，濾芯的孔隙會逐漸被污染物堵塞，導致過濾效果減弱，濾水速度也可能變慢。而且，濾芯在拆封後便接觸到空氣，潮濕的環境可能會成為細菌滋生的溫床。如果長期不更換濾芯，不僅會影響過濾效能，還可能讓積累的微小污染物反過來影響水質，形成「過濾器悖論」（Filter Paradox）：本應淨化水質的裝置，反而成為污染源。為此，BRITA 建議每四週更換一次濾芯，以維持穩定的濾水效果。

為了解決使用者容易忽略更換時機的問題，BRITA 推出了三大智慧提醒機制，確保濾芯不會因過期使用而影響水質：

1. Memo 或 LED 智慧濾芯指示燈：即時監測濾芯狀況，顯示剩餘效能，讓使用者掌握最佳更換時間。

2. QR Code 掃碼電子日曆提醒：掃描包裝外盒上的 QR Code 記錄濾芯的使用時間，自動提醒何時該更換，減少遺漏。

3. LINE 官方帳號自動通知：透過 LINE 推送更換提醒，確保用戶不會因忙碌而錯過更換時機。

在濾水技術日新月異的今天，濾芯已不僅僅是過濾裝置，更是智慧監控的一部分。如何挑選最適合自己需求的濾水設備，成為了健康生活的關鍵。

濾水技術：不僅是進步，更是守護未來

人類對潔淨飲用水的追求，從未停止。19世紀，隨著城市化與工業化發展，水污染問題加劇並引發霍亂等疾病，促使濾水技術迅速發展。20世紀，氯消毒技術普及，進一步保障了水質安全。隨著科技進步，現代濾水技術透過活性碳、離子交換等技術，去除水中的污染物，讓每一口水更加潔淨與安全。

今天，消費者不再單純依賴公共供水系統，而是能根據自身需求選擇適合的濾水設備。例如，BRITA 提供的「純淨全效型濾芯」與「去水垢專家濾芯」可針對不同需求，從去除餘氯、過濾重金屬到改善水質硬度等問題，去水垢專家濾芯的去水垢能力較純淨全效型濾芯提升50%，並通過 SGS 檢測，通過國家標準水質檢測「可生飲」，讓消費者能安心直飲。

然而，隨著環境污染問題的加劇，真正的挑戰在於如何減少水污染，並確保每個人都能擁有乾淨水源。科技不僅是解決問題的工具，更應該成為守護未來的承諾。濾水器不僅是家用設備，它象徵著人類與自然的對話，提醒我們水的純淨不僅是技術的勝利，更是社會的責任和對未來世代的承諾。

*符合濾(淨)水器飲用水水質檢測技術規範所列9項「金屬元素」及15項「揮發性有機物」測試
*僅限使用合格自來水源，且住宅之儲水設備至少每6-12個月標準清洗且無受汙染之虞

本文轉載自顯微觀點

科學界的重大盛事－諾貝爾獎，已在 10 月揭曉。今（2024）年生醫獎頒發給維克托．安布羅斯（Victor Ambros）和加里．魯夫昆（Gary Ruvkun），他們以「發現 microRNA 及其在轉錄後基因調控中的作用」獲肯定得到桂冠。而這項重大發現的背後，一種叫做「秀麗隱桿線蟲」（C. elegans）的小蟲子居功厥偉。

生醫獎背後大功臣

安布羅斯和魯夫昆對於基因如何受到調控，如何因活化時間不同而確保各類型細胞在正確時間點發育的問題很感興趣。因此他們研究因基因活化出現問題的兩種線蟲突變株：lin-4 和 lin-14，以瞭解當中的機制。

一開始，安布羅斯先發現 lin-4 基因似乎是 lin-14 基因的負調節因子，但 lin-14 的活性是怎麼被阻斷的，仍然是個謎。因此他系統性地找尋 lin-4 在基因體中的位置與基因序列，也因此意外發現 lin-4 基因只會產生一種異常短、不足以合成蛋白質的核醣核酸分子。

同一時間，魯夫昆在麻州總醫院和哈佛醫學院新成立的實驗室研究 lin-14 基因的調控。魯夫昆發現 lin-4 抑制的並不是 lin-14 的產生，而是抑制 lin-14 基因產生蛋白質，且發生在基因表現過程的後期。實驗也顯示要抑制 lin-4，必須要有 lin-14 訊息核醣核酸（mRNA）中的一個片段。

安布羅斯和魯夫昆比較了各自的實驗成果，找到突破性的發現：lin-4 部分序列與 lin-14 訊息核醣核酸的關鍵片段中的序列互補。他們進一步實驗，顯示 lin-4 微型核醣核酸（microRNA）透過與 lin-14 訊息核醣核酸中的互補序列結合，來抑制 lin-14 轉譯，進而阻斷 lin-14 蛋白質的產生，也因此揭開 microRNA 介導的基因調控新原理。

這項結果被發表在 1993 年的《細胞》期刊的兩篇文章上。但一開始這樣的基因調控機制被認為是秀麗隱桿線蟲所特有，而不受重視。直到 2000 年，魯夫昆的研究團隊發現了另一種由 let-7基因編碼的 microRNA，科學界的態度才發生變化；因為 let-7 基因高度保存在整個動物界中。

接下來的幾年裡，數百種不同的 microRNA 被鑑定出來，微型核醣核酸的基因調控在多細胞生物中普遍存在；而基因調控若失常，則可能導致糖尿病、癌症或自體免疫疾病。

這不是秀麗隱桿線蟲第一次「助攻得獎」。

成為助攻王的關鍵

2002 年西德尼．布瑞納（Sydney Brenner）、約翰．蘇爾斯頓（John Sulston）和羅伯特．霍維茨（Robert Horvitz）便是從秀麗隱桿線蟲的研究「發現器官發育和計畫性細胞死亡的遺傳調控機理」，進而獲得該年諾貝爾生醫獎。值得一提的是，今年的兩位得主都曾是霍維茨實驗室的博士後研究員。

除此之外，2006 年諾貝爾生理醫學獎也頒給研究線蟲的美國科學家安德魯．法厄（Andrew Zachary Fire）和 克雷格．梅洛（Craig Cameron Mello），以表彰他們「發現 RNA 干擾—雙鏈 RNA 引發的沉默現象」。甚至馬丁．查菲（Martin Chalfie）也利用秀麗隱桿線蟲的觸感接受器神經元「發現並改造綠色螢光蛋白（GFP）」獲得 2008 年諾貝爾化學獎。

秀麗隱桿線蟲為何能成為諾貝爾的「助攻王」呢？布瑞納曾在他的論文中提到：「線蟲適合做基因研究，並且其神經系統可以被精準確定。」他在 1963 年提出以秀麗隱桿線蟲作為模式生物，並於 1974 年發表其在發育生物學和神經科學的成果。

秀麗隱桿線蟲是第一種完成全基因組定序的多細胞生物。加上體積小、成蟲約長1公釐，以及透明且易於獲取的遺傳物質，使其成為絕佳的模式生物。

其在室溫下大約三天可以從卵生長為可受精的成蟲，在實驗室中以大腸桿菌為食，易於大量培養。並且解凍之後仍能存活，因此適合長時間儲存。加上每隻成蟲可產生約 300 隻後代，適合作遺傳學研究。

易於觀察也是秀麗隱桿線蟲作為絕佳模式生物的關鍵因素。由於細胞譜系固定，研究人員可以使用微分干涉顯微鏡（DIC）觀察每一個細胞的發展，甚至在在螢光蛋白出現之前，就有從受精卵到成體完整細胞譜系的描述。

在線蟲研究的多個工作步驟中，立體、複式或共軛焦顯微鏡都是常見的工具，以符合不同實驗要求。且隨著顯微技術的發展，秀麗隱桿線蟲在發育生物學中的應用和研究也更加多元。

隨技術發展 研究面向更多元

在挑選合適的線蟲並準備進行遺傳或生化分析的「採蟲」階段，通常會使用末端黏有睫毛的木棍，在立體顯微鏡下關、挑選。然後使用倒立顯微鏡以顯微注射對線蟲性腺進行基因改造。

螢光蛋白（FP）是在線蟲中進行分子和細胞行為研究的核心工具，螢光顯微技術廣泛用於線蟲研究，例如 GFP 及其改進版本（如mScarlet和mCherry）常用於標記和追蹤蛋白質的動態過程。

螢光蛋白也可使用於研究線蟲的染色體外陣列表現或穩定整合到基因組中。現在則有許多研究者使用 CRISPR（基因編輯）技術，將螢光標記穩定地整合到基因組中，這樣可以精確追蹤特定蛋白在細胞內的表現位置和強度。

層光顯微術（Lightsheet microscopy）則可以在不壓縮樣本的情況下，提供更高的空間和時間解析度，特別適合長期追踪線蟲胚胎發育過程。

除此之外，因為秀麗隱桿線蟲是截至 2019 年唯一一個完成連接體（connectome，神經元連接）測定的生物體，因此一直以來也常被作為神經科學研究的模式生物。

研究者可利用螢光蛋白（如 GCaMP）來追蹤鈣離子濃度的變化，當鈣離子濃度上升時會發出更強的螢光，再透過螢光強度來分析神經系統在睡眠、運動等各種行為時的活動模式。或是進一步利用轉盤式共軛焦顯微鏡、雙光子顯微鏡，抑或結合更強大的影像分析工具，對神經元活動成像並藉此解讀不同行為背後的神經迴路機制

作為模式生物，秀麗隱桿線蟲因為基因組簡單、細胞譜系固定且神經結構已知，為揭示基因調控、細胞發育、神經行為等生物學問題提供了清晰的研究途徑，在生物學研究中佔有重要地位。

儘管已是諾貝爾獎「助攻王」，相信隨著顯微和基因編輯技術的快速發展，秀麗隱桿線蟲仍能在探索人類疾病模型、藥物篩選及再生醫學等應用領域，引領研究新方向。

• 諾貝爾官網：新聞稿
• Breimann, L., Preusser, F., & Preibisch, S. (2019). Light-microscopy methods in C. elegans research. Current Opinion in Systems Biology, 13, 82-92. 
• Studying Caenorhabditis elegans (C. elegans)

※另感謝台灣科技媒體中心（SMC）舉辦諾貝爾獎解析記者會

泛泛泛科學 Podcast 這裡聽：

當家中小朋友問你「煮雞與烤雞有何差別」，或者吵著為何不能常吃鹹酥雞，種種飲食問題你知道該如何解答嗎？《神廚賽恩師》有感於台灣大小朋友缺乏「食物教育」，而從蒸、煮、炒、炸等「料理單字」，為大家解惑料理背後的科學，探究我們每天吃的美食到底如何製成？

本集我們邀請節目製作人鄭佳華、主持人史達魯（祝福另位主持人納豆早日康復 QQ）聊聊《神廚賽恩師》的誕生過程。節目成形竟是因為製作人小孩害怕「吃雞」？中華料理繁多的料理方式，要如何以科學辨認其差異？認識「鮮味」竟是烹飪及點菜的小撇步？節目第二季還會教你煮泡麵、水餃更好吃的妙招？本集讓我們和神廚，一同暢遊「料理賽恩思」的世界！

• 02:21 節目起源於小孩怕吃「蛀蟲雞」？

《神廚賽恩師》自 2020 年於公視開播，從華人生活中重要的飲食文化為切入點，讓孩童從中獲得科學知識。製作人鄭佳華認為生活常遇上的問題，用「科學」來解決最快，因此也曾製作《非常有藝思》、《成語賽恩思》等將文藝與科學結合的節目。由於她曾聽家中孩童發問「煮雞與烤雞有何差別？」，甚至認為「雞的毛孔是被蟲蛀過」，深深感到台灣「飲食教育」不足，才動念想出《神廚賽恩師》的節目企劃。

• 07:47 從「蒸煮炒炸」認識料理的科學原理

製作人鄭佳華有感於不論孩童或大人，我們對「飲食」的食材來源、烹煮歷經的化學變化或食物內含的營養成分都不大熟悉。因此當她回頭查找資料時，發覺「中華料理」的菜名，如：清蒸鱸魚、紅燒豆腐，便已解釋該菜的烹調方式，而動念以蒸、煮、炒、炸等「料理單字」作為每集主題，由主持人納豆扮演學徒，帶領一群孩童「小學徒」，​​向另一位主持人、廚師史達魯請教美食烹調概念，探索廚藝背後的科學道理。

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• 10:15 阿宅廚師的「debug」料理精神

廚師史達魯過去為科學相關科系畢業，曾以電腦工程師為業，廚藝則完全是「自學」無師自通。他以工程「阿宅」角度來看，寫程式與做料理都是「debug」，以除錯的心態來解決問題，例如：發現炸雞皮脆肉不熟時，可先把雞肉放在水中煮熟，再裹粉去炸外皮，便可達到「皮脆且肉熟」的結果。近期，他還突發奇想，效仿製作魚露的發酵過程，試圖實驗把牛肉製成鮮美「牛肉露」；或把製作豆腐乳的「菌絲」炸來吃，沒想到吃起來還頗有「豆漿味」。

• 16:44 節目會不會知識量太爆炸？

2020 年第一季《神廚賽恩師》播出後，鄭佳華收到許多反應不俗的觀眾回饋，包含：孩童願意效仿節目，在家中自行操作「料理實驗」，由於實驗可在自家廚房進行，家長也較能從旁監督而感到放心。製作節目時，他們也盡可能不讓知識量「爆炸」，而是讓內容越拓越廣，讓節目更貼近生活。史達魯提及到臺北醫學大學兼課時，曾把節目提供學生當補充教材，甚至有學生藉此買下生平「第一瓶醬油」，只為實驗節目中提及的「梅納反應」，讓史達魯印象深刻。

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• 21:40 台灣人「三句不離吃」一定會看節目

《神廚賽恩師》節目包含多個環節：藉由棚內烹調實拍，解釋料理背後科學原理；並以故事動畫，介紹名菜的發展歷史；最後再至外景拍攝業內師傅、名廚做菜。鄭佳華認為台灣人重視飲食，談話內容「三句不離吃」，顯示大眾很願意從文化、科學方面理解「吃」，因此做飲食節目必定能吸引觀眾。

• 24:05 以科學區分料理方式差異

鄭佳華提及，許多烹調字詞如炸、炒，可從其象形文字看出其料理方式。籌備節目時，他們還發現有「伙房 28 法」細分各式烹調方式，許多料理方式連史達魯都未必知曉如何解釋，經過研究、向老師傅請教才知道箇中差異。另外，眾多相近的烹調方式，確實可用「科學」來解釋差異，如同：煮、燉、汆燙等水煮烹飪法，便是因為用水溫度高低、烹調時間長短不同，才讓成品的風味有所分別。

• 30:02 「食育」不淪為說教要親身體驗

近年，日本推行「食育」，培養孩童從小認識食物來源、接觸烹飪過程，介紹飲食對環境的影響，強調在地飲食觀念。《神廚賽恩師》也以節目推廣「食育」，藉由外景拍攝讓觀眾認識食物原產地，安排主持人及孩童親自採集、烹調食材，體驗料理的產製過程。孩童能藉此瞭解哪些料理營養，哪些則不健康應該少吃，例如：油炸的鹹酥雞，讓「食育」不淪為說教。史達魯還藉節目拍攝，認識「天然愛玉」竟可耐高溫不會融化，讓他而後運用於分子料理中。

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• 34:01 大人也要看的烹飪與點菜秘笈

《神廚賽恩師》把主持人納豆設定為「想當廚師但不會做菜」的學徒，希望孩童藉由他的角色，進而了解廚藝科學。然而，史達魯認為節目給大人收看，知識量也十分足夠，例如：談論「燒」的集數，請到資深范添美師傅，呈現料理東坡肉的神技；「醬」的集數中，提及「鮮味」的協同效應，解釋當兩種食材混合烹調時，游離胺基酸加上核苷酸起化學反應，能產生超過兩種以上的鮮味，像是日式高湯中的昆布與柴魚。觀眾除了藉此更知道如何烹飪，至餐廳點菜時也更知道如何搭配菜色。

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• 39:41 《神廚賽恩師》本身就是一次科學研究

鄭佳華形容《神廚賽恩師》精緻、多樣化的節目橋段，就像是一次科學研究。先由棚內「試吃」環節介紹該集主題，實際烹調食物理解料理的科學原理，再從動畫介紹名菜歷史，追溯背後的文化源頭，最後則請名廚「實作」該道料理。從食材源頭、烹煮原理到烹煮過程，皆於完整於節目中呈現，也是相當完整的一堂「食育」課。

• 43:24 失敗料理「加糖」就能補救？

今年播出的第二季節目，除了將延續先前「伙房 28 法」的烹調方式外，「酸甜苦辣」等味覺也將成為主軸。節目也驗證「失敗的料理加糖就能補救」的都市傳說，確實有其道理，藉此介紹各式味蕾的厲害。目前尚在規劃的第三季，也希望從食材如何轉變為食物切入，例如：黃豆能製作出豆腐、醬油等，讓觀眾能從更多元的角度認識飲食。

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• 51:07 看第二季偷學煮泡麵、水餃小撇步

第二季將於 3/11 起，每集於週五晚間 6 點於公視主頻道、7 點於公視 3 台首播，並且會同步在公視 + 影音平台上架。鄭佳華與史達魯再次推薦，《神廚賽恩師》雖是兒少節目，但大人小孩皆適合觀賞，可藉此更認識廚藝科學與飲食文化，也預告本季中將會透露煮泡麵、水餃更好吃的妙招。若想知道這些烹調小撇步，每週鎖定節目必定能有所收穫！