網站更新隱私權聲明
本網站使用 cookie 及其他相關技術分析以確保使用者獲得最佳體驗,通過我們的網站,您確認並同意本網站的隱私權政策更新,了解最新隱私權政策

0

10
0

文字

分享

0
10
0

戰爭的遺毒該如何排除?基轉植物或可分解 RDX 炸藥的有毒物質

科技大觀園_96
・2021/11/27 ・2647字 ・閱讀時間約 5 分鐘

一般說到炸藥,大家可能都會想到化學課聽過的「黃色炸藥 TNT 」,而同樣有硝基的常見爆炸物 RDX(Research Department explosive),爆炸強度是 TNT 的 1.5 倍,是目前美國軍事上製造炸藥必須的化學藥品,然而,這些爆炸物容易造成令人頭痛的環境污染,目前許多研究試圖尋找降解此種污染的方法,但一直沒有找到有效經濟又可以持續使用的辦法。今年發表於《Nature Biotechology》的一篇新研究發現,一種在北美草原上常見的植物,透過基因轉殖後可以吸收和分解 RDX!

第二次世界大戰中使用的空襲炸彈,鋼瓶上印有RDX/TNT的字樣,為RDX與TNT混合物。圖/wikipedia

到底是怎麼做到的呢?在了解這個新穎的解決方案之前,我們先來聊聊 RDX 到底是什麼?又是怎麼造成環境污染的?

RDX 的化學式是 (CH2NNO2)3 ,環三亞甲基三硝胺,中文別稱黑索金、海掃更、T4炸藥、炫風炸藥等。如前面所說,RDX 廣用於軍事用途,是二次世界大戰時最常被使用的爆炸物,目前軍用市場上有超過 4000 種彈藥都含有 RDX,通常和其他物質混合作為軍事彈藥,但事實上,RDX 在一開始並不是被用來作為武器,西元 1899 年德國化學家首次合成 RDX 並申請專利,當時主要描述的是 RDX 的醫藥用途,後來,隨著二次大戰開打,由於 RDX 的爆炸力比第一次世界大戰的 TNT 還強,RDX 被雙方軍隊注意到,便被廣泛作為炸藥的材料。

RDX分子模型。圖/wikipedia

那 RDX 會對我們造成什麼影響呢?

事實上,在彈藥發射、丟棄槍械,或是製造彈藥的過程中都可能會釋放 RDX 至周圍環境,例如軍事基地、手榴彈丟擲場、彈藥工廠等場所,受污染較嚴重的以土壤和地下水為主,當 RDX 被釋放到土壤後,會進一步滲透至地下水系統,也就是說,RDX 的影響可能會蔓延到日常飲用水,而且因為 RDX 流動性高又不易降解,不僅會對土壤生態造成影響,若人類攝入過量會有暈眩、嘔吐等症狀,也可能會引起癲癇發作。

此外,RDX 也是一種可能的致癌物,在美國大約有一萬公頃的射擊場用地已經被 RDX 滲透,因此被美國環境保護署 (Environmental Protection Agency,EPA) 列為飲用水污染物之一,並設立飲用水中的含量標準。

在西元 2012 年時,台灣也增修了環境標準管制草案,因火炸藥屬於管制用品,通常只有軍事用地能夠生產及銷毀,而根據環保署過去的調查計畫也顯示,台灣多處軍事場址內確實有火炸藥類物質的污染,若未來軍事用地轉為公共用途後,使用者受到危害的可能性將會提高。環保署逐年檢測國有地、軍事用地土壤與地下水的相關污染。為了避免 RDX 污染造成環境及健康的威脅,探討 RDX 在土壤及地下水中的特性、機制,並找到整治的方法,便成為研究的一大重點,例如,國內曾有研究利用表面改質奈米零價鐵顆粒,處理受 TNT、RDX 的污染地下水體。

而這次由美國約克大學研究團隊發表的研究,是利用基因轉殖,讓植物能夠降解並吸收 RDX,前面有提過,美國受 RDX 的土地面積非常大,若利用傳統方法,像是填埋、焚燒、氧化等,較適合用於高污染但面積小的土地,根據美國國防部的估計,成本效益不符比例。

事實上,研究團隊在先前就已經分離出一種具有降解 RDX 能力的細菌 Rhodococcus rhodochrous 11Y,能夠在有氧及無氧條件下催化 RDX 還原脫硝,然而,細菌分解的速度不夠快,沒辦法防止 RDX 滲入地下水層。因此,科學家將清除污染的責任放到植物身上,使用植物有許多好處,例如破壞性較小、能幫助土地恢復生機,社會層面上則是具有美感、大眾接受程度也較高,且長期而言,維護植物的生長所需成本較低。

Rhodococcus 屬細菌於光學顯微鏡(左)與電子顯微鏡(右)下的成像。圖/microbewiki

但是,植物並不具備降解 RDX 的能力,因此,科學家便將與降解能力有關的細菌基因,轉殖至植物的基因裡。在之前的實驗中,他們發現被轉殖過的阿拉伯芥 Arabidopsis thaliana 能夠將 RDX 分解,然後被植物吸收並代謝,不需要收割植物便可以清除污染物。

在實驗室裡成功後,能否在真實環境實行這個方法才是接下來的重頭戲,但這並不是一件容易的事,首先,只有少數幾種適合的植物可以進行基因轉殖,再來,種植基因轉殖作物需要申請大量的文件許可,並且,大面積種植可能需要花上好幾年的時間,而且野外實驗容易受到天氣因素影響,大規模的實驗可能會耗費昂貴的成本及時間,最可怕的是,仍然無法保證會有明確的結果。

後來研究團隊選用一種叫做「柳枝稷」(學名 Panicum virgatum )的植物進行基因轉殖,這是北美洲原生種、多年生的草本植物,接著團隊在紐約洲的一個軍事訓練場進行野外實驗。他們將 27 塊含有 RDX的土地分成三組不同的種植條件,分別為:沒有植物、未轉殖基因的柳枝稷、已轉殖基因的柳枝稷,三年之後,結果顯示,種植轉殖基因柳枝稷的土地流出的水有較低濃度的 RDX,此外,和未轉殖基因的柳枝稷相比,已進行基因轉殖的植物組織內幾乎沒有 RDX,代表這些植物正在吸收和代謝這種化學物質。

柳枝稷 Panicum virgatum 。圖/wikipedia

研究者表示,受較高污染的土地可能需要花幾年種植,但污染較少的地方可以恢復的比較快,與先前的方法相比,使用基因轉殖作物整治的方式經濟實惠許多。當然,在將這個方法運用在土地之前,需要先進行生物安全檢測,確認基因轉殖作物會如何影響當地的植物。最近,研究團隊試著將基因轉殖到另一種原產於美國許多地區的小麥草 Pascopyrum smithii ,希望未來這項技術能用於更多不同地區的受污染土地。

參考文獻

  • Cary, T. J., Rylott, E. L., Zhang, L., Routsong, R. M., Palazzo, A. J., Strand, S. E., & Bruce, N. C. (2021). Field trial demonstrating phytoremediation of the military explosive RDX by XplA/XplB-expressing switchgrass. Nature Biotechnology, 1-4.
  • Urbanski, T., Laverton, S., & Ornaf, W. (1964). Chemistry and technology of explosives (Vol. 1, p. 635). New York, NY: pergamon press.
  • 國家環境毒物研究中心
  • USEPA. (2014). Technical Fact Sheet–Hexahydro‐1, 3, 5‐trinitro‐1, 3, 5‐triazine (RDX).
  • 軍事爆炸物在土壤及底泥之宿命及生態毒理研究
  • 黃昱恆, 郭驊, 曾逸洲, & 林錕松. (2015). 利用表面改質奈米零價鐵還原降解高能火炸藥 TNT, RDX 及 HMX 污染地下水整治工程技術之研發及評估. 土壤及地下水污染整治, 2(4), 253-270.
  • Rylott, E. L. & Bruce, N. C. Right on target: using plants and microbes to remediate explosives. Int. J. Phytoremediation 21, 1051–1064 (2019).

文章難易度
科技大觀園_96
72 篇文章 ・ 886 位粉絲
為妥善保存多年來此類科普活動產出的成果,並使一般大眾能透過網際網路分享科普資源,科技部於2007年完成「科技大觀園」科普網站的建置,並於2008年1月正式上線營運。 「科技大觀園」網站為一數位整合平台,累積了大量的科普影音、科技新知、科普文章、科普演講及各類科普活動訊息,期使科學能扎根於每個人的生活與文化中。


0

0
0

文字

分享

0
0
0

提早部署「免疫負債」!接種流感疫苗,有助於降低新冠肺炎死亡率

careonline_96
・2022/01/20 ・2436字 ・閱讀時間約 5 分鐘
接種流感疫苗,有助降低新冠肺炎死亡率,感染科醫師圖解說明

新冠肺炎 COVID-19 疫情是大家高度關注的問題,不過流感病毒可沒有沉寂,流感會不會出現大反撲,是目前全世界都很關心的議題。臺大兒童醫院黃立民院長表示,流感疫情與邊境管制措施有關,隨著政策的調整,流感再流行的機會相當大。因為已經兩年沒有流行,加上監視結果顯示,流感病毒株已經改變,所以當流感疫情升溫,可能出現大流行。

大家常聽到的「免疫負債」意思就是說,大家為了預防新冠肺炎 COVID-19,所以會戴口罩、勤洗手、保持距離,使得呼吸道感染、腸胃道感染的機會降低,因此一些本來容易得到的傳染病,例如流感、腸病毒等在這兩年都少了許多。黃立民醫師解釋,造成的結果就是,一旦解除防疫限制,民眾開始不戴口罩、洗手頻率減少、社交距離拉近,其他病毒就會開始流行。由於已經連續兩年都較少人感染,可以感染的人數就會變多,這個時候就容易爆發流行,把過去兩年沒有爆發的流行補回來,所以叫做「免疫負債」,像是還債的概念。

「包括法國、紐西蘭,都有觀察到這個現象,一開放邊界,就馬上大爆發」黃立民醫師提醒,「要解決免疫負債,就是要大家趕緊去打疫苗。冬天需要施打的呼吸道疾病疫苗,最強調的還是流感疫苗。」

流行性感冒病毒(Influenza virus)是經由飛沫傳染,感染者的鼻咽部、口腔、還有呼吸道都有病毒,在講話、咳嗽、打噴嚏時,會把病毒噴到環境裡,黃立民醫師說,如果距離一到兩公尺之內,就有機會被飛沫噴到而感染;另外一個模式,叫做媒介物傳染,感染者會污染他的物品,例如杯子、桌面、門把等,如果有人進入這些環境,就可能碰觸病毒而遭到感染。我們生活在城市裡,流感患者可能搭捷運、進餐館,所以扶手、椅子、桌子都可能有病毒,這種傳染模式在大城市相當常見。

流感症狀較嚴重,不同於一般感冒

呼吸道感染可分成兩種,一種叫做一般感冒,一種叫做類流感,黃立民醫師解釋,一般感冒比較輕微,類流感會比較嚴重。類流感的定義,第一個是發燒,第二個是有呼吸道症狀,比如說咳嗽、流鼻水、喉嚨痛等。

類流感跟一般感冒最大的差別就是發燒,成年人得到一般感冒通常不會發燒,如果發燒了,代表狀況比較嚴重,黃立民醫師說,台灣的類流感通常都會伴隨著一些比較不舒服的表現,包括畏寒發燒、全身痠痛、倦怠感、劇烈頭痛、腰酸背痛,這些都是流感的典型症狀。

流感不同於一般感冒

流感除了讓人全身很不舒服外,還可能出現嚴重併發症,黃立民醫師說,流感病毒會跑到肺部引起肺炎、跑到心臟造成心肌炎、跑到腦部造成腦炎,其中最常見是肺炎。流感病毒還可能引起繼發性細菌感染,例如在感染肺部以後出現細菌感染。

「由於流感病毒會攻擊我們的組織,造成全身發炎,進而導致患者原有的慢性病惡化」黃立民醫師說,「例如心臟冠狀動脈本來塞了 75%,得到流感之後可能就會塞到 95%,導致心肌梗塞。無論是慢性心臟病、高血壓、糖尿病、慢性腎臟、肝臟疾病,都可能會惡化,甚至導致死亡。」

預先部屬,預防流感

預防流感就跟預防新冠肺炎 COVID-19 一樣,要戴口罩、勤洗手、保持社交距離,減少接觸病毒的機會,黃立民醫師說,另一方面可以在每年冬天施打流感疫苗,提升身體的保護力。因為流感病毒會突變,每一年流行的病毒株都不太一樣,而且流感疫苗的保護力持續時間較短,一般認為大概三、四個月之後效果就漸漸變差了,所以每年需要重新施打。

預先部屬,預防流感

呼吸道感染發生時常常是兩、三種病原體一起感染,黃立民醫師說,隨著檢驗工具的進步,我們會發現很多人並非只有一種細菌或病毒,而是多重感染。研究發現,新冠肺炎患者亦會同時找到兩種病原,流感與新冠肺炎可能同時感染,而且病情還會加重。

「研究指出,施打過流感疫苗,比較不會被診斷新冠肺炎 COVID-19;而且如果不幸得到新冠肺炎,死亡率也會降低。」黃立民醫師解釋,「因為很多新冠肺炎屬於輕症,如果患者單獨得到新冠肺炎,症狀可能不甚嚴重,而不會就醫。但如果同時得到新冠肺炎和流感,症狀比較嚴重使就醫機率高,也就較容易被診斷出來。」

其實不只流感病毒、新冠肺炎,呼吸道本來就是一個開放的環境,還有多種細菌、病毒都混在裡面,同時遭到兩、三種感染,是很常有的狀況。因此建議可同時接種呼吸道疾病疫苗,例如流感疫苗、百日咳疫苗、肺炎鏈球菌疫苗等,都可降低新冠肺炎死亡率約兩成至三成。

貼心小提醒

五十歲以上,或者是有慢性病,例如心臟病、肝病、癌症、或是服用免疫抑制劑的患者,得到流感時出現重症的機會較高,一定要記得施打流感疫苗,提高保護力。另外,家人之間的傳播是流感病毒很重要的傳染模式,學生是傳播流感病毒的重要族群,所以也需要施打流感疫苗。

黃立民醫師強調,接種疫苗後需要一段時間身體才能產生保護力,建議大家要在流感疫情升溫前趕快施打疫苗!

careonline_96
2 篇文章 ・ 2 位粉絲
台灣最大醫療入口網站