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航空器簽派員:陪著你從起飛到降落的地上飛行員

鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
・2022/06/08 ・4354字 ・閱讀時間約 9 分鐘

本文由 我的青航時代-2022航發會×暑期航空營 委託,泛科學企劃執行。

當你乘坐飛機,不只有機師、空服員等機組成員在守護與服務你的旅途;陪你從出發地起飛到達目的地後降落,完成一趟「安全、準時、舒適」旅程的背後,還有「航空器簽派員」這個至關重要的角色。

搭乘飛機時不只有機師、空服員在守護與服務,一趟安全、準時、舒適旅程的背後,還有「航空器簽派員」這個至關重要的角色。圖/Pexels

被稱為「地上的飛行員」的航空器簽派員,在做哪些工作呢?這次泛科學特別訪問到華航的簽派督導陳韋如,不只了解這航空公司裡神秘又重要的工作,也要好好了解一下一位優秀的簽派員是如何養成的。

當簽派員沒在工作,才會發現他們的重要

有民航局執照的「Airman」有六大類(航空器駕駛員、飛航工程師、航空器維修工程師、維修員、飛航管制員以及航空器簽派員),其中航空器簽派員的工作是高度專業的職位。他們是航空公司的中樞神經,24小時全年無休,做出的決定牽動著整個航空公司運作;那為何我們好像很少聽到簽派員的工作呢?

Nobody knows what I do, until I don’t do it.」這句話形容簽派員的工作內容再適合不過了。

簽派員主要的工作有:飛行計畫的製作航機簽放航情守望異常狀況處理。他們有許多工作是在幕後、和居中協調許多事情,因此機師所知道的事簽派員也都要很了解,所有的飛行手冊、飛機操作手冊和各國飛航相關法規都必須要如數家珍。

簽派員工作是在幕後、和居中協調許多事情,因此機師所知道的事也必須要如數家珍。圖/Pexels

飛機起飛前——飛行計畫的製作

製作飛行計畫的過程非常繁複,簽派督導用了你我都很熟悉的旅行計劃來舉例:當你要出門的時候,會注意氣象、交通狀況,要檢查並維修交通工具,需要加油、和準備行程中需要的各種文件,當然也要準備可執行的 Plan B。

把旅行計劃的格局放大再放大,就是飛行計畫,要考量包含氣象資料飛航公告航機狀態酬載預估飛越許可航線選擇等因素,才能匯集成一份可以執行的飛行計畫。這其中有哪些「know how 」呢?

出門一定會先看天氣適不適合出遊,飛行也是一樣,簽派員氣象觀測席會收集起降機場、備降機場和沿途航路的天氣報告和預報,確認天氣是否適合飛行、各機場的能見度是否影響航機起降,都會由專業的氣象博士提供資訊讓簽派員參考。天氣的資料包含機場能見度及雲幕高度、溫度、氣壓值、風速、沿途是否有顯著天氣,甚至是火山、颱風影響航線等等,因此才能確認飛機能不能起飛降落或是其他需要特別避讓的地區。

針對起降站及航線做重點氣象監測,內容含各項狀況。圖/Pixabay

還有,你在旅行的時候,也會注意沿途經過的城市是否有道路維修、塞車、下雨等等的狀況,例如國道有一段路正在維修,就會需要避開正在維修的道路走省道。簽派員也會特別注意飛航公告,確認起降機場及沿途的空域是否有臨時運作規定、限制、程序調整或其他注意事項。例如近期烏俄戰爭爆發,航路導航席也要特別確認有沒有會影響飛航的相關資訊,提前列出航路備案以便簽派員製作飛行計畫。另外,經過各個國家的領空時需要的飛越許可,也是由簽派員協助申請的。

再來就是航機狀態酬載預估了,對航空公司來說「在安全的情況下經濟效益是很重要的考量」,因此了解航機適不適合飛行,預估需要多少燃料、能載運多少乘客和行李,也是非常重要的工作。簽派員要準確地預估旅客及其行李和需載貨物的重量後,再計算所需的燃料總量,也需要計算備案可能需要的燃料量,確保飛機從起飛到降落都在規定的安全限重內。

經過上述各種因素的種種考量評估後,需要進行航線選擇,從數條航路[註1]中選擇「安全、準時、舒適」的飛航路徑並做出一份飛行計劃,並且和駕駛員共同在飛行計畫上簽名以示同意本次的航班,而每個簽名的背後都代表著簽派員的專業以及責任。

簽派員經過考量評估各種因素後,製作出「安全、準時、舒適」的飛航計劃。圖/Pexels

飛機起飛後的航情守望與異常狀況處理

不是飛行計畫之後簽派員的工作就結束了:將飛行計畫交給駕駛員後就會進入航機監控的飛航管制作業,其中包含了航班動態氣象監控。

航班動態是指透過 4D/15 服務(4D/15 Service),每隔 15 分鐘確認一次航班的 4D(經度、緯度、高度和時間),簽派員要精準的知道航班的動態。航情守望席便是專門在追蹤航班的動態及油量,確保航班沒有偏離計畫航路,必要時會和駕駛員聯繫確認狀況。

氣象監控則是針對起降站以及航線沿途區域做重點監測,監測內容包含結冰、雷雨、降雪、陣風、風切、亂流、颱風及火山活動等氣象狀況。例如目的地機場跑道臨時關閉,就會提前告知駕駛員。

一趟航班可能會遇到一些突發狀況,例如乘客身體不適需要立即就醫、航線上臨時火山爆發或是遇上鳥擊等異常狀況,簽派員就必須在有限的時間內以符合作業規定安全的前提下採取最適合的處理方式。

若遇上突發狀況需要飛機轉降或是班表調整,為維持班機時間表能夠正常運作而做出適度的調整異動。因為每次的突發狀況都是無法提前預知,簽派員們在遇上事件時需要冷靜且快速的處理及應變,也需要和各單位聯繫協調。

在飛行中還會碰到哪些情況呢?簽派督導舉了火山爆發的例子。由石塊和岩漿的礦物粒子組成的火山灰帶來的威脅,除了可能讓機身受到損傷、部分系統失靈更可能導致引擎熄火無法繼續飛行。

火山爆發帶來的火山灰可能讓機身受到損傷、部分系統失靈,導致引擎熄火無法飛行。圖/Pexels

曾經發生過日本的火山爆發,火山灰蔓延的非常廣,導致當地機場關閉數天,影響了數萬名旅客。一趟航班如果在中途遇上突發狀況——航線附近有火山爆發了!時刻監控著狀況的簽派員會怎麼做呢?

  1. 根據數據判斷火山灰擴散的範圍。
  2. 規劃一條安全優先的避讓航線。
  3. 確認航機上的剩餘燃料量能夠負擔變更後的航線。
  4. 和機師確認變更航線。

這些事情都需要在時限內解決,考驗著簽派員細心及果決的能力,他們就像是一群 24 小時的飛行管家,從起飛前的飛行計畫準備、起飛後的航機監控,一直到落地後的班表調度,簽派員隨時守護著班機。

要如何成為簽派員呢?哪些能力與特質很重要?

臺灣目前並沒有簽派員的相關科系,以華航為例,簽派員是通過航空公司的招考後,先成為航務員熟悉機場的運作方式後再經過 200 小時的簽派員培訓課程,及 90 天的線上訓練,並考取民航局航空器簽派員執照後,才能簽放航機成為一名真正的簽派員。

剛考取執照後簽派員會先簽派六小時內的短程線累積實戰經驗,每年也會參加航路觀摩,會進入駕駛艙觀摩駕駛員執行自己規劃出來的飛行計畫,來增進自己的能力。等到經驗累積足夠後才會簽派飛行時數較長的航線,進入航情守望席、航路導航席。

因為簽派員需要製作一份完整的飛行計畫,所以駕駛員需要的基本知識簽派員也需要懂,一種飛機需要閱讀的手冊至少有 幾十本,一間公司肯定不止一種機型,再加上各國的飛行法規,每一位簽派員需要熟知的手冊就有數十本!這些專業背後都是十分努力的成果。

每一位專業的簽派員需要熟知各種機型、各國的飛行法規等。圖/Pexels

或許你會問:「我不是飛航相關科系,能夠成為簽派員嗎?」其實簽派員並沒有科系的限制,只要你有想成為簽派員的熱誠,都可以來挑戰看看!簽派員的工作會帶給你滿滿的成就感,因為每年都有上萬趟航班需要簽放,服務數萬名旅客平安落地。

想成為簽派員需要具備的能力有:

  1. 良好的英語能力:因為許多手冊及法規大多以英文撰寫,和駕駛員溝通時也會需要用英文溝通。
  2. 獨立思考的能力:面對各種狀況時需要思緒清晰不能慌亂,才能找到好的解決方案。
  3. 溝通協調的能力與團隊合作的精神:居中協調時會需要能夠讓雙方保持良好的溝通。
  4. 健康的身心:面對高壓的工作需要照顧及調適自身的狀況。

簽派員的工作便是解決眼前的事情、見招拆招,每天都會面對不一樣的問題十分具有挑戰性,如果你喜歡變化性及挑戰性都很高的工作,可以嘗試這份工作。也因為每一次的簽名都是在為每趟航班上的生命負責,因此需要高抗壓性的人格特質,才能確保在工作時能夠穩定的面對所有狀況,守護每一趟飛行。

每位簽派員之所以能夠從容的面對各種突發狀況,是他們用專業知識和長期累積下來的經驗在支持他們看起來毫不費力的原因。

註解

  1. 航路是根據地面導航設施建立的走廊式保護空域,供飛機作航線飛行之用。各國對於航路都有自有的規定,包含該行路是單向道還是雙向道。

延伸閱讀

參考資料

  1. A320全座艙飛機駕駛艙都搬來了! 航發會講座還有這2場| 生活新聞
  2. 2018「飛航解密 暢遊天際」系列講座 長榮航空簽派員Emily精彩演講內容
  3. 航空公司全天候的飛安管家-科學人雜誌
  4. 2021飛航講座–長榮航空資深簽派員林俊宇:從起飛到降落全方位的飛行管家
  5. 民航通告 – 交通部民用航空局

本文由 我的青航時代-2022航發會×暑期航空營 委託,泛科學企劃執行。


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為何新冠病毒突變之後傳染力更強?——關鍵在於變異株的棘蛋白結構

研之有物│中央研究院_96
・2022/01/25 ・5088字 ・閱讀時間約 10 分鐘

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。

徐尚德手上拿著新冠病毒的棘蛋白模型,顯示棘蛋白與兩種不同抗體結合的情況。圖/研之有物

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。

冷凍電子顯微鏡可以紀錄同一時間下、不同狀態的蛋白質三維立體結構。圖/研之有物

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。

圖片為徐尚德實驗室提供的新冠病毒模型與三種不同的棘蛋白模型,棘蛋白的主體為白色,棘蛋白的受器結合區域(receptor binding domain,RBD)為藍綠色。圖/研之有物

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。

徐尚德團隊透過冷凍電子顯微鏡,拍攝新冠病毒 Alpha 株的棘蛋白結構,其中有三類棘蛋白的 RBD 為 1 個向上(佔 73%),有一類(類別3)的棘蛋白 RBD 則是 2 個向上(佔 27%)。圖/Nature Structural & Molecular Biology

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。

截至 2022 年 01 月 18 日的新冠病毒品系發展歷史,其中 Delta 變異株擁有最多品系,而 Omicron 變異株則開始興起。雖然 Omicron 的品系並不多,但已逐漸成為主流。圖/Nextstrain; GISAID

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。

圖 a 顯示新冠病毒 Alpha 變異株棘蛋白的突變氨基酸序列,一共有 9 處突變, D614G 突變以紫色表示。
圖 b 顯示突變的氨基酸在立體結構中的位置。
圖/Nature Structural & Molecular Biology

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。

新冠病毒 Alpha 株棘蛋白的「A570D 突變」,會改變棘蛋白內部的空間,讓「RBD 向上」的結構更加穩定,就像踩著垃圾桶的腳踏板,讓桶蓋保持開啟。圖/研之有物(資料來源/徐尚德、Nature Structural & Molecular Biology

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。

新冠病毒 Alpha 株棘蛋白的「N501Y 突變」,讓 RBD 的胺基酸與宿主細胞受器 ACE2 形成「π–π stacking」鍵結,大幅提升棘蛋白對宿主細胞的親合力。圖/Nature Structural & Molecular Biology

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。

雖然新冠病毒 Alpha 株的棘蛋白表面讓某些抗體難以附著,還好仍有兩款抗體 chAb15(綠色)、chAb45(黃色)能有效「卡住」棘蛋白,干擾棘蛋白與宿主細胞結合。抗體 chAb15、chAb45 附著的位置,正好就是棘蛋白與宿主細胞結合的地方。圖/Nature Structural & Molecular Biology

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。


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