BioNTech 如何完成全球第一支 COVID-19 疫苗？——《光速計畫》書評

• 作者／賴昭正｜前清大化學系教授、系主任、所長；合創科學月刊

我擔心人工智慧可能會完全取代人類。如果人們能設計電腦病毒，那麼就會有人設計出能夠自我改進和複製的人工智慧。 這將是一種超越人類的新生命形式。

——史蒂芬．霍金（Stephen Hawking）　英國理論物理學家

大約在八十年前，當第一台數位計算機出現時，一些電腦科學家便一直致力於讓機器具有像人類一樣的智慧；但七十年後，還是沒有機器能夠可靠地提供人類程度的語言或影像辨識功能。誰又想到「人工智慧」（Artificial Intelligent，簡稱 AI）的能力最近十年突然起飛，在許多（所有？）領域的測試中擊敗了人類，正在改變各個領域——包括假新聞的製造與散佈——的生態。

圖形處理單元（graphic process unit，簡稱 GPU）是這場「人工智慧」革命中的最大助手。它的興起使得九年前還是個小公司的 Nvidia（英偉達）股票從每股不到 $5，上升到今天（5 月 24 日）每股超過 $1000（註一）的全世界第三大公司，其創辦人（之一）兼首席執行官、出生於台南的黃仁勳（Jenson Huang）也一躍成為全世界排名 20 內的大富豪、台灣家喻戶曉的名人！可是多少人了解圖形處理單元是什麼嗎？到底是時勢造英雄，還是英雄造時勢？

在回答這問題之前，筆者得先聲明筆者不是學電腦的，因此在這裡所能談的只是與電腦設計細節無關的基本原理。筆者認為將原理轉成實用工具是專家的事，不是我們外行人需要了解的；但作為一位現在的知識分子或公民，了解基本原理則是必備的條件：例如了解「能量不滅定律」就可以不用仔細分析，即可判斷永動機是騙人的；又如現在可攜帶型冷氣機充斥市面上，它們不用往室外排廢熱氣，就可以提供屋內冷氣，讀者買嗎？

CPU 與 GPU

不管是大型電腦或個人電腦都需具有「中央處理單元」（central process unit，簡稱 CPU）。CPU 是電腦的「腦」，其電子電路負責處理所有軟體正確運作所需的所有任務，如算術、邏輯、控制、輸入和輸出操作等等。雖然早期的設計即可以讓一個指令同時做兩、三件不同的工作；但為了簡單化，我們在這裡所談的工作將只是執行算術和邏輯運算的工作（arithmetic and logic unit，簡稱 ALU），如將兩個數加在一起。在這一簡化的定義下，CPU 在任何一個時刻均只能執行一件工作而已。

在個人電腦剛出現只能用於一般事物的處理時，CPU 均能非常勝任地完成任務。但電腦圖形和動畫的出現帶來了第一批運算密集型工作負載後，CPU 開始顯示心有餘而力不足：例如電玩動畫需要應用程式處理數以萬計的像素（pixel），每個像素都有自己的顏色、光強度、和運動等, 使得 CPU 根本沒辦法在短時間內完成這些工作。於是出現了主機板上之「顯示插卡」來支援補助 CPU。

1999 年，英偉達將其一「具有集成變換、照明、三角形設定／裁剪、和透過應用程式從模型產生二維或三維影像的單晶片處理器」（註二）定位為「世界上第一款 GPU」，「GPU」這一名詞於焉誕生。不像 CPU，GPU 可以在同一個時刻執行許多算術和邏輯運算的工作，快速地完成圖形和動畫的變化。

依序計算和平行計算

一部電腦 CPU 如何計算 7×5+6/3 呢？因每一時刻只能做一件事，所以其步驟為：

• 計算 7×5；
• 計算 6/3；
• 將結果相加。

總共需要 3 個運算時間。但如果我們有兩個 CPU 呢？很多工作便可以同時（平行）進行：

• 同時計算 7×5 及 6/3；
• 將結果相加。

只需要 2 個運算時間,比單獨的 CPU 減少了一個。這看起來好像沒節省多少時間，但如果我們有 16 對 a×b 要相加呢？單獨的 CPU 需要 31 個運算的時間（16 個 × 的運算時間及 15 個 + 的運算時間），而有 16 個小 CPU 的 GPU 則只需要 5 個運算的時間（1 個 × 的運算時間及 4 個 + 的運算時間）！

現在就讓我們來看看為什麼稱 GPU 為「圖形」處理單元。圖一左圖《我愛科學》一書擺斜了，如何將它擺正成右圖呢？ 一句話：「將整個圖逆時針方向旋轉 θ 即可」。但因為左圖是由上百萬個像素點（座標 x, y）組成的，所以這句簡單的話可讓 CPU 忙得不亦樂乎了：每一點的座標都必須做如下的轉換

x’ = x cosθ + y sinθ

y’ = -x sinθ+ y cosθ

即每一點均需要做四個 × 及兩個 + 的運算！如果每一運算需要 10^-6 秒，那麼讓《我愛科學》一書做個簡單的角度旋轉，便需要 6 秒，這豈是電動玩具畫面變化所能接受的？

人類的許多發明都是基於需要的關係，因此電腦硬件設計家便開始思考：這些點轉換都是獨立的，為什麼我們不讓它們同時進行（平行運算，parallel processing）呢？於是專門用來處理「圖形」的處理單元出現了——就是我們現在所知的 GPU。如果一個 GPU 可以同時處理 10⁶ 運算，那上圖的轉換只需 10^-6 秒鐘！

GPU 的興起

GPU 可分成兩種：

• 整合式圖形「卡」（integrated graphics）是內建於 CPU 中的 GPU，所以不是插卡，它與 CPU 共享系統記憶體，沒有單獨的記憶體組來儲存圖形／視訊，主要用於大部分的個人電腦及筆記型電腦上；早期英特爾（Intel）因為不讓插卡 GPU 侵蝕主機的地盤，在這方面的研發佔領先的地位，約佔 68% 的市場。
• 獨立顯示卡（discrete graphics）有不與 CPU 共享的自己專用內存；由於與處理器晶片分離，它會消耗更多電量並產生大量熱量；然而，也正是因為有自己的記憶體來源和電源，它可以比整合式顯示卡提供更高的效能。

2007 年，英偉達發布了可以在獨立 GPU 上進行平行處理的軟體層後，科學家發現獨立 GPU 不但能夠快速處理圖形變化，在需要大量計算才能實現特定結果的任務上也非常有效，因此開啟了為計算密集型的實用題目編寫 GPU 程式的領域。如今獨立 GPU 的應用範圍已遠遠超出當初圖形處理，不但擴大到醫學影像和地震成像等之複雜圖像和影片編輯及視覺化，也應用於駕駛、導航、天氣預報、大資料庫分析、機器學習、人工智慧、加密貨幣挖礦、及分子動力學模擬（註三）等其它領域。獨立 GPU 已成為人工智慧生態系統中不可或缺的一部分，正在改變我們的生活方式及許多行業的遊戲規則。英特爾在這方面發展較遲，遠遠落在英偉達（80%）及超微半導體公司（Advance Micro Devices Inc.，19%，註四）之後，大約只有 1% 的市場。

事實上現在的中央處理單元也不再是真正的「單元」，而是如圖二可含有多個可以同時處理運算的核心（core）單元。GPU 犧牲大量快取和控制單元以獲得更多的處理核心，因此其核心功能不如 CPU 核心強大，但它們能同時高速執行大量相同的指令，在平行運算中發揮強大作用。現在電腦通常具有 2 到 64 個核心；GPU 則具有上千、甚至上萬的核心。

結論

我們一看到《我愛科學》這本書，不需要一點一點地從左上到右下慢慢掃描,即可瞬間知道它上面有書名、出版社等，也知道它擺斜了。這種「平行運作」的能力不僅限於視覺，它也延伸到其它感官和認知功能。例如筆者在清華大學授課時常犯的一個毛病是：嘴巴在講，腦筋思考已經不知往前跑了多少公里，常常為了追趕而越講越快，將不少學生拋到腦後！這不表示筆者聰明，因為研究人員發現我們的大腦具有同時處理和解釋大量感官輸入的能力。

人工智慧是一種讓電腦或機器能夠模擬人類智慧和解決問題能力的科技，因此必須如人腦一樣能同時並行地處理許多資料。學過矩陣（matrix）的讀者應該知道，如果用矩陣和向量（vector）表達，上面所談到之座標轉換將是非常簡潔的（註五）。而矩陣和向量計算正是機器學習（machine learning）演算法的基礎！也正是獨立圖形處理單元最強大的功能所在！因此我們可以了解為什麼 GPU 會成為人工智慧開發的基石：它們的架構就是充分利用並行處理，來快速執行多個操作，進行訓練電腦或機器以人腦之思考與學習的方式處理資料——稱為「深度學習」（deep learning）。

黃仁勳在 5 月 22 日的發布業績新聞上謂：「下一次工業革命已經開始了：企業界和各國正與英偉達合作，將價值數萬億美元的傳統資料中心轉變為加速運算及新型資料中心——人工智慧工廠——以生產新商品『人工智慧』。人工智慧將為每個產業帶來顯著的生產力提升，幫助企業降低成本和提高能源效率，同時擴大收入機會。」

附錄

人工智慧的實用例子：下面一段是微軟的「copilot」代書、谷歌的「translate」代譯之「one paragraph summary of GPU and AI」。讀完後，讀者是不是認為筆者該退休了？

GPU（圖形處理單元）和 AI（人工智慧）之間的協同作用徹底改變了高效能運算領域。GPU 具有平行處理能力，特別適合人工智慧和機器學習所需的複雜資料密集運算。這導致了影像和視訊處理等領域的重大進步，使自動駕駛和臉部辨識等技術變得更加高效和可靠。NVIDIA 開發的平行運算平台 CUDA 進一步提高了 GPU 的效率，使開發人員能夠透過將人工智慧問題分解為更小的、可管理的、可同時處理的任務來解決這些問題。這不僅加快了人工智慧研究的步伐，而且使其更具成本效益，因為 GPU 可以在很短的時間內執行與多個 CPU 相同的任務。隨著人工智慧的不斷發展，GPU 的角色可能會變得更加不可或缺，推動各產業的創新和新的可能性。大腦透過神經元網路實現這一目標，這些神經元網路可以獨立但有凝聚力地工作，使我們能夠執行複雜的任務，例如駕駛、導航、觀察交通信號、聽音樂並同時規劃我們的路線。此外，研究表明，與非人類動物相比，人類大腦具有更多平行通路，這表明我們的神經處理具有更高的複雜性。這個複雜的系統證明了我們認知功能的卓越適應性和效率。我們可以一邊和朋友聊天一邊走在街上，一邊聽音樂一邊做飯，或一邊聽講座一邊做筆記。人工智慧是模擬人類腦神經網路的科技，因此必須能同時並行地來處理許多資料。研究人員發現了人腦通訊網路具有一個在獼猴或小鼠中未觀察獨特特徵：透過多個並行路徑傳輸訊息,因此具有令人難以置信的多任務處理能力。

註解

（註一）當讀者看到此篇文章時，其股票已一股換十股，現在每一股約在 $100 左右。

（註二）組裝或升級過個人電腦的讀者或許還記得「英偉達精視 256」（GeForce 256）插卡吧?

（註三）筆者於 1984 年離開清華大學到 IBM 時，就是參加了被認為全世界使用電腦時間最多的量子化學家、IBM「院士（fellow）」Enrico Clementi 的團隊：因為當時英偉達還未有可以在 GPU 上進行平行處理的軟體層，我們只能自己寫軟體將 8 台中型電腦（非 IBM 品牌！）與一大型電腦連接來做平行運算，進行分子動力學模擬等的科學研究。如果晚生 30 年或許就不會那麼辛苦了?

（註四）補助個人電腦用的 GPU 品牌到 2000 年時只剩下兩大主導廠商：英偉達及 ATI（Array Technology Inc.）。後者是出生於香港之四位中國人於 1985 年在加拿大安大略省成立，2006 年被超微半導體公司收購，品牌於 2010 年被淘汰。超微半導體公司於 2014 年 10 月提升台南出生之蘇姿豐（Lisa Tzwu-Fang Su）博士為執行長後，股票從每股 $4 左右，上升到今天每股超過 $160，其市值已經是英特爾的兩倍，完全擺脫了在後者陰影下求生存的小眾玩家角色，正在挑戰英偉達的 GPU 市場。順便一題：超微半導體公司現任總裁（兼 AI 策略負責人）為出生於台北的彭明博（Victor Peng）；與黃仁勳及蘇姿豐一樣，也是小時候就隨父母親移居到美國。

（註五）或。

延伸閱讀

• 「熱力學與能源利用」，《科學月刊》，1982 年 3 月號；收集於《我愛科學》（華騰文化有限公司，2017 年 12 月出版），轉載於「嘉義市政府全球資訊網」。
• 「網路安全技術與比特幣」，《科學月刊》，2020 年 11 月號；轉載於「善科教育基金會」的《科技大補帖》專欄。

開創 RNA 療法的醫學新時代

19 日上午，由唐獎生技醫藥獎評選委員會召集人張文昌院士正式公佈第五屆「生技醫藥獎」得獎名單，將獎項授予成功開發新型冠狀病毒（SARS-COV-2）mRNA 疫苗的三位關鍵科學家：卡塔林．卡里科（Katalin Kariko）、德魯．魏斯曼（Drew Weissman）和彼得．庫利斯（Pieter Cullis），以表彰其發現關鍵的疫苗學觀念和方法，進而成功開發對抗新冠肺炎（COVID-19）之 mRNA 疫苗。

唐獎教育基金會執行長陳振川表示，唐獎於 2012 年由尹衍樑博士創立，所頒發奬項包括永續發展、生技醫藥、漢學及法治，皆是人類面對廿一世紀所面臨重大的課題。當今全球人類正承受傳染性疾病及癌症等嚴重影響，科學家們也不斷積極尋找遏制病毒並治癒疾病的解決方案。這個危機正彰顯生技醫藥科技在我們生活世代的重要性。唐獎教育基金會很榮幸以此主題設置一個具有國際聲譽的獎項，以獎勵具有創新及貢獻的個人或組織，並且激勵世人共同努力。

自 2019 年 11 月起至今 2 年多，COVID-19 打亂了全世界的腳步，造成人類生命、健康的重大危機，也重創全球經濟。根據世界衛生組織（WHO）數據顯示，截至目前，全球 COVID-19 確診數超過5億3千萬人， 630 萬人更因此死亡。而 BioNTech 和 Moderna 僅用不到 12 個月，就成功開發了 SARS-COV-2 的疫苗，在全球各地挽救了數以百萬人的生命，可歸功於三位得主的開創性貢獻。其中，卡塔林·卡里科及德魯·魏斯曼發明了降低 mRNA 免疫原性^[註1]的方法、彼得·庫利斯開發了脂質奈米顆粒系統，用以傳送 mRNA 疫苗。

利用 mRNA 誘發適應性免疫反應以獲得免疫力

中研院副院長劉扶東院士表示，新冠肺炎 mRNA 疫苗是注入含有 SARS-CoV-2 棘蛋白序列的人造 mRNA，利用自身細胞做出不會致病的病毒蛋白，去誘發一連串適應性免疫反應，如：B 細胞產生特定的中和抗體、Ｔ 細胞辨認攻擊被病毒感染的細胞，藉此，我們就能獲得對抗新冠肺炎的免疫力。1961 年，科學家發現 mRNA 的存在，mRNA 的相關研究就此展開，然而往後二十年，幾乎所有致力於疫苗開發的科學家都放棄了這項概念簡單、卻難以實行的技術。因為三位得獎人堅持不懈的研究成果，奠定 mRNA 疫苗開發的基石，他們為對抗本次疫情的突襲磨好利刃，挽救了世界各地數百萬人的生命。他們開發的新技術平台不僅徹底改變了疫苗學，更開創了以 RNA 為療法的新時代。

中央研究院轉譯醫學專題中心執行長陶秘華則分享台灣 mRNA 疫苗的進展，此新的疫苗技術包含疫苗學、mRNA 技術及脂質顆粒技術，台灣各有些研究團隊進行這些基礎科學的研究，但沒有共同開發 mRNA 疫苗。從去年開始，台灣開始急起直追，因這三位得主清楚地證明此技術對於重大傳染疾病非常重要，對未來的生技製藥也是全新的平台，因此中研院、國衛院，甚至廠商都有興趣共同開發。召集人張文昌院士也補充，台灣政府也把 mRNA 的技術應用列為重要的生技開發領域，因此一些法人單位如生物技術開發中心、工研院等也積極投入。

將免疫力送進人體的挑戰

要將 RNA 送進人體有兩大挑戰，首先，RNA 會觸發先天性免疫反應；其次，RNA 在人體內極易降解，難以送達標的細胞或器官。三位得主開發的新平台使用經過核苷^[註2]修飾，可逃脫免疫系統的 mRNA，克服了合成 mRNA 會被先天性免疫系統辨識而引發嚴重發炎反應的問題，並藉由脂質奈米顆粒的包裹保護，將 mRNA 有效送入人體細胞，由其自行產生病毒的棘蛋白，進而誘發 B 細胞產生中和抗體、訓練 T 細胞攻擊受感染的細胞等一系列適應性免疫反應。

三位得主的突破性發現與創新技術，是 SARS-COV-2 疫苗能被快速開發的關鍵。且這些技術不僅徹底改變了疫苗學，更是蛋白質療法的典範轉移，正式宣告以 RNA 為療法的醫學新時代來臨。有別於前者開發時間久、製造經費高，mRNA 技術讓細胞成為生產所需抗原或治療性分子蛋白的工廠，不但可大量生產且價格相對便宜，未來還可應用在其他病毒疫苗、個人化精準癌症疫苗、人類免疫缺陷病毒、甚至過敏病…等多重疾病的治療領域。

為開發疫苗奠定基礎

卡塔林·卡里科博士在匈牙利接受教育，並於 1985 年移居美國，專門研究 RNA 及其化學合成，使能在體外/體內的細胞中有效生產蛋白質。她有系統且嚴謹地解決了將 RNA 使用在疫苗學和治療中的許多問題。在 1990 年代，作為賓夕法尼亞大學的研究副教授，卡里科博士全心投入開發用於蛋白質療法中的體外轉錄信使 RNA（mRNA），並試圖了解 RNA 媒介免疫反應的機制。她與她的同事德魯·魏斯曼博士一起證明了 mRNA 會被類鐸受體（TLRs）^[註3]辨識，從而參與先天性免疫反應。若將 mRNA 注射到動物體內，會導致嚴重的發炎反應。但若 mRNA 的核苷經過修飾，如同一些自然存在的 RNA，就不會引發這些反應，最終，他們成功找出了重要的核苷修飾，並創造了不會引起發炎的隱形 （stealth） RNA。卡里科博士從 2013 年開始與 BioNTech RNA Pharmaceuticals 藥廠合作，一路從副總到 2019 年升為資深副總，並參與了 BNT 疫苗的開發。

德魯·魏斯曼博士是賓夕法尼亞大學疫苗研究的羅伯茨家族教授，他於 1997 年在該大學開設了他的實驗室，專門研究開發 HIV 疫苗，，也曾在美國國家衛生院從事 HIV 相關研究。與卡里科博士合作之後，他開始投入以 RNA 作為疫苗的研究。他們倆在 2005 年發表了經過核苷修飾的 RNA 是非免疫原性的重要發現之後，魏斯曼博士一直積極投入於將該技術應用於開發能抵禦 HIV 和 Zika 病毒等病毒感染之 RNA 疫苗。身為免疫學專家，魏斯曼博士和卡里科博士的合作促成了這些重要發現，他們共同擁有非免疫原性、經核苷修飾的 RNA 應用之美國專利，更為 BNT 及 Moderna 疫苗奠定了基礎。

• 延伸閱讀：
  拯救世界的 mRNA 疫苗——疫苗科學的里程碑（四）
  沒那麼理所當然：mRNA 疫苗的辛酸血淚史

物理學博士的彼得·庫利斯是脂質奈米顆粒的開發先鋒，也是英屬哥倫比亞大學的教授，更是從分子層面研究膜結構和功能以開發有效治療藥劑的領導者。他製造由PH值調控的陽離子化非對稱性雙層脂質，能包覆帶陰離子的大分子如 DNA、 RNA，並透過調控 PH 值使核酸藥物被包裹、儲存或釋放至人體細胞。這對於開發RNA疫苗至關重要，因為 RNA 非常不穩定，且難以有效地傳送到細胞中。他透過使用模型膜系統來研究脂質在膜中的作用，該系統促成了工程脂質體奈米顆粒（LN 或 LNP）系統，能傳送常規與核酸基底的藥物。庫利斯博士的經典論文每篇都被引用超過 2000 次，且大部分 FDA 獲准或用於緊急醫療用途的脂質奈米顆粒都依賴於他的技術。庫利斯博士的新技術使他成為 11 家公司的創辦人。2014 年，他開始與魏斯曼博士合作，當時其正在和 BioNTech 合作開發 RNA 疫苗，他們需要庫利斯博士在傳送系統方面的專業知識。

唐獎生技醫藥獎凸顯了「基因剪刀」的鋒利

卡塔林·卡里科（Katalin Kariko）接獲此獎項後表示，得知我與魏斯曼合庫利斯博士一起獲得了這個獎項，我感到非常榮幸和謙卑。想到在我之前獲得此獎的人，讓我深感謙卑。我希望這個獎項永遠存在。這樣未來，很多偉大的科學家也能榮獲此獎，我也希望唐獎將有一百週年的年慶。當未來得獎的人回望我們時，他們同樣會為自己獲得這個獎項而感到自豪，就如同我們因為知道前屆得主是誰，因而為自己能獲頒此獎而感到自豪。

德魯．魏斯曼（Drew Weissman）說，我認為這是一個極高的榮譽。凱蒂（卡塔林·卡里科博士）和我獲能獲得如此重要的獎，我認為這是莫大的榮譽。我要感謝很多人，像是安東尼·佛奇博士，我在做博士後的研究計畫時和他一起工作，我從他那裡學得了和愛滋病毒相關的知識，他教了我關於艾滋病毒的免疫學。我還必須感謝我的博士研究指導老師，安·馬沙克 （Ann Marshak-Rothstein），以及一直以來和我一起進行研究的許多其他人，他們教了我很多。

彼得．庫利斯（Pieter Cullis）說，我上唐獎官網瀏覽了之前獲獎者的資料。能和這群非常優秀的科學家相提並論，這真是不簡單的一件事情，這真的是一個了不起的榮譽。能獲獎我覺得很高興，不僅僅是因為我所獲得的殊榮，也是因為它同時認可了我多年來與之共事的所有人的努力，所以這個獎事實上是頒給在過去的40年裡，我有幸與之共事的數百人的工作成果。

過去四屆評選出來的唐獎生技醫藥獎得獎人均為各界翹楚。2014 第一屆頒給了癌症「免疫檢查點」療法的詹姆斯．艾利森（James P. Allison）與本庶 佑（Tasuku Honjo）。這兩位科學家於2018年再諾貝爾生理醫學獎的殊榮、肯定了唐獎得獎人於世界的地位。第二屆頒發給席捲全世界的CRISPR基因編輯技術的開發者，伊曼紐．夏彭提耶（Emmanuelle Charpentier）, 珍妮佛．道納（Jennifer Doudna）及張鋒，接連不斷的研究應用凸顯了此把「基因剪刀」之鋒利，Charpentier 和 Doudna 博士亦在2020年榮獲諾貝爾化學獎。第三屆頒給癌症標靶療法的領航者，東尼．杭特（Tony Hunter）、布萊恩．德魯克爾（Brian Druker）及約翰．曼德森（John Mendelsohn）。第四屆則頒給促成細胞激素成為生物製劑之作用標的，拯救廣大受發炎性疾病所苦人口的查爾斯．迪納雷羅（Charles Dinarello）, 馬克．費爾德曼（Marc Feldmann）和岸本忠三Tadamitsu Kishimoto）。

註解

1. 免疫原性是指某抗原或其表位能作用於 T 細胞、B 細胞的抗原識別受體，進而誘導機體產生體液和／或細胞介導免疫應答的特性；此抗原則可稱為免疫原。
2. 核苷（英語：Nucleoside）是一類醣甘胺（glycosylamine）分子，組成物是鹼基加上戊醣（環狀核糖或去氧核糖），依戊醣的結構不同，分為兩大類：核糖核苷及去氧核糖核苷。這些核苷加上一個磷酸基團就是核苷酸，為DNA與RNA的組成單位。
3. 類鐸受體是單次跨膜蛋白，識別侵入體內的微生物進而活化免疫細胞的反應，在先天性免疫系統中起關鍵作用。

【關於唐獎】

有感於全球化的進展，人類在享受文明與科技帶來便利的同時，亦面臨氣候變遷、新傳染疫病、貧富差距、社會道德式微..等種種考驗，尹衍樑博士於 2012 年 12 月成立唐獎，設立永續發展、生技醫藥、漢學及法治四大獎項，每兩年由專業獨立評選委員會（邀聘國際著名專家學者，含多名諾貝爾獎得主），不分種族、國籍、性別，遴選出對世界具有創新實質貢獻及影響力的得主。每獎項提供 5 千萬獎金，其中含 1 千萬支持相關研究教育計畫，以鼓勵專業人才投入探索 21 世紀人類所需，以頂尖的創新研究成果及社會實踐引領全人類發展。

• 作者：黃貞祥／清大分子與細胞生物研究所助理教授、Gene 思書齋版主

為了面對與病毒共存的後疫情時代，我接種了三劑 COVID-19 疫苗。

第一劑等不到 mRNA 疫苗，於是接種了AZ 疫苗，原本想等到開放混打第二劑再接種 mRNA 疫苗，但後來失去了耐心，等接種後第二天政府才宣佈開放。因應 Omicron 變種的來勢洶洶，第三劑疫苗恐怕不適合再接種腺病毒疫苗，所以終於接種了 mRNA 疫苗。

我除了第一劑 AZ 疫苗發了燒、動彈不得，第二劑 AZ 疫苗和第三劑半劑莫德納疫苗的副作用都頗輕微，只有第二天較為疲倦而已。我老婆接種了兩劑莫德納和一劑 BNT 疫苗，副作用包括新冠手臂、發燒、呼吸喘和輕微心律不整，我還有些學生三劑都發燒、痠痛到不省人事。

無論如何，相較 COVID-19 可能造成的嚴重肺炎，還有腦霧、倦怠、頭暈、呼吸喘等等長期後遺症的折磨，我們都不後悔接種了這些疫苗。我也有心理準備會接種第四劑，甚至年年都接種 COVID-19 疫苗。

疫苗黑馬：mRNA 技術！

在眾多疫苗中，異軍突起的黑馬就是 mRNA 疫苗，這個前所未見的技術，沒想到不僅讓人跌破眼鏡地可行，保護力還特別地高，莫德納和 BNT 疫苗都不約而同地超過九成！這可謂生技產業最重要的里程碑，也可見得未來，mRNA 技術可能不會只用在研發 COVID-19 其他變種的疫苗，也會用在其他致命傳染病、新興傳染病，甚至癌症的治療上！

利用 mRNA 來當疫苗，在疫情之前，甭說我這個學術小咖無法置信，大多數生命科學家也都會嗤之以鼻吧？《疫苗商戰：新冠危機下 AZ、BNT、輝瑞、莫德納、嬌生、Novavax 的生死競賽》 (A Shot to Save the World： The Inside Story of the Life-or-Death Race for a COVID-19 Vaccine) 這本好書就記載了一位名為考里科 (Katalin Karikó) 的科學家，她堅持 RNA 極具醫藥方面的潛力，但一直不得志，堅持理想四處碰壁，直到疫苗被研發出來，大家才赫然發現她是先知。

mRNA 是帶著遺傳訊息的分子，能夠被轉譯成蛋白質，也是我們每個細胞隨時都在製造的分子，如果我們有望操控 RNA，身體細胞就能自行製造特定蛋白質作為治療的方法。然而，RNA 不僅化學上較不穩定，我們身上還會舖天蓋地地分泌消滅 RNA 的酵素，讓全身上下隨時都能摧毀 RNA。

為何我們要這麼戒慎恐懼呢？因為太多病毒的遺傳物質就是 RNA，包括流感和造成 COVID-19 的 SARS-CoV-2 都是。要在實驗室裡萃取 mRNA，要全副武裝地戴好口罩、手套，實驗桌和工具都要用特殊的藥劑擦拭，所有容器都要用特製的，溶液裡也要有 RNA 酶抑制劑，萃取好的 RNA 還必須保存在攝氏零下八十度的冰箱中。

打個比方，我們的 DNA 像是鎖在機密房間裡的製造藍圖，細胞城市需要打造機器時，就要影印出特定圖紙到工廠裡，可是那些圖紙不僅薄得極為脆弱，還會在施工後馬上被監工撕毀。因為有些間諜特務會三不五時偷偷混進敵國的藍圖，試圖擾亂生產秩序或甚至製造屠城木馬，因此在細胞內外一旦起疑就寧可錯殺不可錯放。

曲折的 mRNA 發展過程

要成功把 mRNA 送進細胞中，需要不少挑戰！但是考里科卻利用修飾核苷 mRNA 技術來騙過我們身體，並且抑制 mRNA 的免疫原性避免發炎反應。

mRNA 技術先驅考里科出生於匈牙利，原先在南匈牙利的賽格德生物研究中心做 mRNA 研究，30 歲時因為研究沒有進展而被解聘。她與丈夫賣掉了家裡最值錢的車子，換到 900 英鎊塞在兩歲女兒的泰迪熊裡騙過匈牙利海關走私出國，漂洋過海到美國發展。

她前後待過費城的天普大學、賓州大學醫學院，因為對 mRNA 技術的執著，被學術界視作異端，必須寄人籬下在願意收留她的教授實驗室進行研究。有次去參加研討會後返校，居然發現被校方趕出辦公室讓她選擇降級或解聘。

後來她在影印時巧遇見從國家衛生院轉來賓大的學者威思曼 (Drew Weissman) ，一起合作發明了修飾 mRNA 的技術。可是他們的發明被賓大技轉給生技公司了事，沒給他們直接發揮所長的機會。

2013 年，德國生技公司 BioNTech 看準這項 mRNA 技術，希望發展癌症應用，邀卡里科加入團隊。而 BioNTech 在疫情中一役成名，又是另一個移民的成功故事！

以攻克癌症為目標的 BioNTech

這個故事的主角，是 BioNTech 創辦人吳沙忻 (Uğur Şahin) 和圖雷西 (Özlem Türeci) 夫婦。他們與英國《金融時報》(Financial Times) 駐法蘭克福記者米勒 (Joe Miller) 合寫了《光速計畫：BioNTech疫苗研發之路》 (The Vaccine: Inside the Race to Conquer the COVID-19Pandemic) 詳談他們奮鬥使用mRNA技術來治療和預防疾病的故事。

吳沙忻和圖雷西都是德國的土耳其移民，前者是德國科隆大學癌症免疫療法博士，是腫瘤學與免疫學專家，目前擔任擔任 CEO 職務；後者是德國薩爾邦大學分子生物博士、醫師，目前為 BioNTech 的首席醫學官。

他們倆都是不折不扣的工作狂，自律極嚴，一天僅睡四個小時，結婚當天還回到實驗室繼續工作，陪女兒度假都要用好幾個行李箱裝滿電腦和科學論文。

吳沙忻和圖雷西夫婦都是令人敬仰的科學家，他們有共同的理想要攻克癌症，在疫情於 2020 年初情勢不明時，吳沙忻就冷靜地分析出全球會受到疫情的嚴重衝擊和重創！相較之下，歐美許多學者和政客都不當回事，認定那個還未正式命名的傳染病不過就是個小插曲，不足為奇。

當時，當台灣還在討論除了邊境管制是否還要限制大型活動時，我還遭受一些身在歐美的台灣友人在臉書無情地攻擊，抨擊我們意圖使用一個毫不危險的病毒大作文章炒作政治目的。結果呢？全球迄今病死了逾六百卅萬人，各國不堪醫療崩潰的重負，反覆鎖國和封城等手段搞了約兩年，造成經濟大亂，通貨膨脹和景氣不振等遺害還不知會沿續多久。

吳沙忻就在疫情不明朗時，洞燭機先地決心投入疫苗的研發，事後諸葛地回看，BioNTech 會領先群雄是合情合理的。

然而，如果回到當初他們投身疫苗的研發之時，即使我們現在已知他們是成功地讓劃時代的新技術開花結果，通過一個又一個的測試和考驗，在許多緊要關頭，也不禁要捏幾把冷汗。原來這場豪賭如果失敗， BioNTech 很可能就會破產倒閉關門大吉，另外相較強勁的競爭者莫德納，他們甚至還處於落後，甚至連德國另一家 mRNA 玩家 CureVac 都比 BioNTech 還被看好（但是 CureVac 反而以慘敗收場）。

可是憑著吳沙忻和圖雷西的決心和毅力，還有優秀的團隊，他們不眠不休地過關斬將，希望能和時間賽跑拯救更多生命！在疫情愈演愈烈時，研發疫苗的科學家們也不能倖免於難，也要在分秒必爭、水深火熱的疫情高峰期分流上班。

因為 BioNTech 仍是名不見經傳的中小型生技公司，儘管有不離不棄的金主，他們仍無法獨自完成所有研發階段的臨床實驗，並且在資金上也捉襟見肘，於是就和輝瑞 (Pfrizer) 合作，憑藉後者的豐富經驗和資源投入研發和競爭。

輝瑞大藥廠執行長艾伯特・博爾拉博士 (Dr. Albert Bourla) 就在《輝瑞登月任務：拯救人類的疫苗研發計畫》 (Moonshot: Inside Pfizer’s Nine-Month Race to Make the Impossible Possible) 中，從他的視角討論了這個合作關係。

當疫苗開發遇上「政治問題」

他們合作研發出的疫苗稱作輝瑞－BioNTech 2019 冠狀病毒病疫苗（Pfizer–BioNTech COVID-19 vaccine，代號：BNT162b2，商品名：Comirnaty、復必泰，國際非專利藥品名稱：tozinameran），不過輝瑞的全球銷售權不在德國和土耳其（都由 BioNTech 直接銷售），並且大中華地區的銷售權在中國上海復星醫藥，這在台灣曾是吵翻天的政治口水問題。

政治問題在臨床實驗進行時也遭遇到。《光速計畫》和《輝瑞登月任務》也不約而同地揭示了川普政府的反智行為，儘管他們設立了曲速行動 (Operation WarpSpeed) ，採取政府和社會資本合作的方式加速開發 COVID-19 疫苗，但是川普為了勝選的政治考量，施壓監管機關，讓不少美國民眾誤會 COVID-19 疫苗開發有放水之嫌，傷害了大眾對科學的信任，導致美國疫苗接種人數在先進國家中落後，讓大量人命白白犠牲。

無論如何，現在都一再證實 mRNA 疫苗開啟了新時代，mRNA 不僅能夠更快速研發出新興傳染疾病的疫苗，也可能比傳統疫苗更能快速改版應對新變種。

mRNA 最適合當疫苗還有個原因是，RNA 本身就是佐劑，那是一般疫苗中刺激免疫反應的添加物，因為正如前述，很多病毒的遺傳物質就是 RNA，我們天生就會對外來 RNA 起免疫反應。未來 mRNA 技術很可能正如吳沙忻和圖雷西夫婦設立 BioNTech 的初衷——攻克癌症！就讓我們拭目以待吧！

吳沙忻和圖雷西夫婦是對科學懷有極大熱情的科學家，這本《光速計畫》除了有疫苗研發跌宕起伏、峰迴路轉的精彩過程，也有不少深入淺出的科普知識，是寓教於樂的好書，值得關心打進自己身體疫苗的朋友好好一讀！

——本文為《光速計畫：BioNTech疫苗研發之路》書評。2022 年 3 月，天下文化。