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帶孩子一起,認識我們身邊的好細菌與壞細菌——《細菌與病毒》

台灣愛思唯爾_96
・2022/07/13 ・836字 ・閱讀時間約 1 分鐘

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好細菌能讓我們的身體發揮重要的功能,但壞細菌卻會溜進我們體內,害我們生病!該怎麼趕跑討厭的壞細菌呢?

圖/台灣愛思唯爾

這些就是細菌
These are bacteria.

肉眼看不見的細菌,可是五花八門。

圖/台灣愛思唯爾

細菌是很小很小的生物。
Bacteria are very small living things.

細菌比我們的細胞還要小,但別小看了這群生物。

圖/台灣愛思唯爾

你的身體裡面跟外面,都有很多細菌,這一大群細菌就叫做微生物相
Your body has lots of bacteria both inside and outside. This is called your microbiome.

身體若要維持健康,缺不了一群好細菌。

圖/台灣愛思唯爾

抗生素只對細菌有用,卻對病毒或真菌沒有效,所以沒辦法讓病毒引起的感冒好起來。
Antibiotics only work on bacteria, not viruses or fungi, so they won’t help you get over a cold (which is a virus).

細菌、病毒、真菌可是不一樣的病原體喔。

圖/台灣愛思唯爾

很多抗生素都會黏住細菌體內稱為蛋白質的特殊小工人。
Many antibiotics stick to special workers in the bacteria, called proteins.
在抗生素的作用下,蛋白質就沒辦法做它們的工作了,例如蓋細胞壁或是閱讀指令。
With the antibiotic in the way, the protein can’t do its job, like building a wall or reading instructions

抗生素的作用機制各異,像是阻止蛋白質工作。

——本文摘自《寶寶醫學院:中英雙語繪本系列套書》(細菌與抗生素),2022 年4月,台灣愛思唯爾出版。

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愛思唯爾(Elsevier)於1880年成立於荷蘭阿姆斯特丹,是全球首要經營醫學、科學和技術資訊產品及出版服務的出版商。台灣愛思唯爾致力深耕繁體中文版的醫學知識內容,包含專業教科書、醫學資料庫,以及符合大眾需求的知識普及書。

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鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
・2022/11/01 ・2113字 ・閱讀時間約 4 分鐘

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被 Covid-19 感染後,病毒進入人體後去了哪裡?嗜好你哪一個細胞?——《從一個沒有名字的病開始》
商周出版_96
・2022/11/14 ・3757字 ・閱讀時間約 7 分鐘

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我們的生命被機緣所定義,即使是那些我們錯過的。
——《班傑明的奇幻旅程》

「有症狀的人,請戴口罩。」

這是長久以來,預防呼吸道感染的策略。我們一貫以呼吸道症狀,來辨識誰是那個可能散播病毒的「行動病毒複製機」。但隨著新冠病毒的出現,呼吸道症狀不再適用於辨識感染性與否;於是在疫情蔓延期間,防疫策略是無論有沒有症狀都得戴上口罩,甚至激進一點的作法,直接規定大眾關在家中、減少移動。

疫情蔓延期間,無論是否有症狀都得戴上口罩。圖/Pixabay

但是病毒真的這麼安分,就只待在呼吸道嗎?透過不同研究,我們可以一窺在 Omicron 出現前,新冠病毒在人體內到底「去了哪裡」。

最受新冠病毒青睞的人體細胞

新冠病毒透過棘蛋白與人類細胞表面的 ACE2 蛋白質受體結合。與特定細胞受體結合,是病毒「可能」入侵人體的第一個步驟。

那麼人體中哪些地方有最多 ACE2 呢?不管是口腔或鼻腔黏膜的上皮細胞,都有非常高量的 ACE2。

值得注意的是,與 SARS 病毒相比,新冠病毒棘蛋白與人體 ACE2 分子的親和力,增加了 10~20 倍[1]

也就是說,當你吸入含有病毒的空氣(機率較低),這些新冠病毒在路過上呼吸道之際,附著在上皮細胞的機率可能是 SARS 病毒的 10~20 倍,或者更有可能是透過你沾染病毒的手,觸摸鼻腔、口腔、眼睛的黏膜表皮(機率較高),而給了病毒機會感染上皮細胞。這足以解釋,為何新冠病毒最初感染階段,都是先在上呼吸道複製,且被感染的人甚至在沒有症狀的情況下,就具有傳播病毒的能力。這一點與 SARS 病毒非常不一樣,SARS 主要感染下呼吸道,且病人要在肺炎重症發病後 3~4 天才具有效感染性。

2020 年新冠疫情剛爆發時,穿梭在東亞各國的鑽石公主號遊輪[2],因為一位被感染的乘客在香港上了船,造成全遊輪被隔離在日本橫濱港。最終咽喉試子呈 PCR 陽性的有 712 人(占 19.2%),其中超過 50% 的人自始至終都沒有覺察到病毒的存在,這就是無症狀感染的比例。另外,約有 20% 的感染者出現下呼吸道肺炎症狀,以及 30% 屬於輕症的上呼吸道感染。整體來看,最大宗的感染者(80%)呈現輕微或無症狀。

而根據研究,24% 的確診者,眼睛結膜試子也會呈 PCR 陽性,陽性率約可維持五天左右。

現在就很清楚,為什麼防疫宣導一直告訴大家不要用手摸眼睛、嘴巴、鼻子,這是絕對有科學根據的。這些黏膜表皮,就是病毒入侵人體的要害,同時是人體系統受到影響的元凶,值得持續探討。

免疫機制控制病毒不亂竄

病毒在口腔或鼻腔黏膜上皮細胞的複製過程中,我們的身體也不是閒著沒事等病毒大軍進攻。當病毒嘗試與 ACE2 結合時,人體有足夠的時間,透過自身的先天性免疫反應對付病毒。

當免疫系統開始作用,我們可能會出現發燒、流鼻水、咳嗽等症狀。因為鼻腔與口腔是貫通的,病毒可以緩慢移到口咽、鼻咽、喉咽和整個上呼吸道,附著在黏膜上與 ACE2 結合進行複製。所以當我們使用快篩劑,無論是鼻咽或是唾液快篩,很容易從這些部位檢測到病毒。

鼻咽或是唾液快篩容易檢測到病毒。圖/Envato Elements

如果身體的先天免疫機制和肺部防禦能力夠強,透過上呼吸道局部的免疫反應,將病毒圍堵並控制,就可以預防病毒侵入下呼吸道和其他器官。病毒感染上呼吸道的表皮,並沒有影響到關鍵的人體功能(嬰幼兒除外,因為他們的呼吸通道較窄小,若有任何發炎腫脹,就可能造成呼吸困難的緊急狀況),因此新冠感染者多數呈現無症狀,或者可能只有輕微的上呼吸道症狀。最終新冠患者在完全無症狀或症狀輕微的情況下,有效地抵抗了病毒的入侵;大多數健康的年輕感染者都是這樣的情況。

但若是入侵的病毒量過高,或個人先天性的免疫力不足,病毒會在體內持續擴散。嚴重呼吸道感染症狀,甚至呼吸衰竭,可能發生在 1~3% 的人身上,而且經由解剖的結果已證實呼吸衰竭是最主要的死因。

德國解剖註冊中心在 2021 年10 月之前就已收集 1,129 名新冠疫歿者的解剖資料[3],認定 86% 的死因為新冠病毒感染,14% 為其他共病。研究發現,肺部的病變,以及病毒侵襲肺細胞,以至於大量發炎細胞浸潤,從而得出「嚴重發炎反應造成肺功能衰竭」是最主要的死因這個結論。

新冠病毒讓我們再度正視,肺臟這個重要器官,因其功能所需而座落在如此易受傷害的人體部位。台灣每年的十大死因,肺炎都有上榜,可見不論健康與否,一不小心,肺炎都可能成為終結生命的最後一根稻草。

病毒與你的「表面關係」可以很長久

我們已經知道新冠病毒嗜好人體的呼吸道,除此之外,它還有其他落腳處嗎?

回答這個問題之前,得先釐清一個重點:不同變異株喜歡去的人體部位不一樣。Delta 嗜好感染肺部,Omicron 的感染位置大多止於上呼吸道的咽喉部位。(參見第三章)

為什麼要知道病毒在我們體內去了哪裡?根據觀察,新冠確診者癒後可能出現各式與呼吸道功能無明顯關係的症狀,也就是現在俗稱的「長新冠」(Long Covid)。病毒學家因此懷疑,病毒是否透過不同機制持續存活在人體內,造成更深層的器官感染,才會導致多元症狀的長新冠出現。這是非常值得探討的問題。

事實證明,的確如此。

病毒透過不同機制持續存活在人體內。圖/Envato Elements

除了呼吸道的分泌物及口水(咽喉感染相關)等新冠診斷的主要檢體外,糞便也經常被檢測到病毒存在的跡象,頻繁到可以用下水道的病毒監測系統瞭解疫情的起伏,甚至可以監測變異株的多寡[4]

腸胃道:病毒長存的溫床

病毒不只頻繁出現在糞便中,還會長期存在某些人的腸胃道內。史丹佛大學團隊進行的長期研究[5],針對 113 名新冠輕症與中症的病人(重症已被排除),追蹤研究十個月,收集並分析他們糞便中是否仍有病毒 RNA。

結果發現,在確診後的第一週內,49.2% 的患者糞便中可檢測到新冠病毒 RNA; 四個月後仍有 12.7% 的人糞便中檢測得到病毒 RNA,但此時這些人的口咽試子的病毒 RNA 都已呈陰性,而在七個月後, 還有 3.8% 的人糞便中仍能檢測到病毒 RNA。仔細分析後,發現胃腸道症狀(腹痛、噁心、嘔吐)與病毒 RNA 是否持續存在於糞便中具有關聯性。

作者同時提醒,以上研究是在變異株 Omicron、Delta 出現之前進行的。不同變異株可能對呼吸道與胃腸道有不同嗜好或親和力,可能也會表現出清除率(每單位時間去除某種物質)的差異,這是病毒變異株固有的生物學特點,可能影響潛在疾病的特性。同時病毒如何存在於體內,也會受到自然感染生成的免疫反應,或疫苗接種引起的宿主免疫狀態的影響而有所差異。

病毒如何存在於體內會受疫苗接種引起的宿主免疫狀態而有所差異。圖/Envato Elements

另一項多中心的合作研究[6],長期追蹤 87 位新冠確診患者六個月,發現他們的 RBD 特異性記憶型 B 細胞數量維持不變(沒有減少),還出現單株抗體細胞有更新的現象,表達的抗體具有更多抗原差異,但病人血清對原始病毒株的中和抗體效價則持續下降。這表示六個月後,這些確診病人體內的 B 細胞仍持續對新冠病毒製造的分子作出反應,而這些病毒分子的來源就是腸胃道。研究指出,14 位確診者當中有一半可以在他們的小腸中檢測到新冠病毒 RNA,同時呈現陽性免疫反應。

病毒不只長存於腸胃,而且還是活跳跳的病毒。另一項研究[7]提供了充分證據。該研究追蹤免疫功能下降的病患,在確診一年之後,還可以從他們的盲腸組織細胞及乳房細胞直接培養出活病毒。研究者的結論是,免疫功能低下的患者,同時經歷了長新冠症狀和持續的病毒複製。整體而言,這些研究結果以及新興的長新冠研究,提高了胃腸道做為病毒長期藏匿之處,且可以長期影響症狀的可能性。

最後我們要問,除了上述提及的部位,還有其他人類的分泌物可以檢測到病毒嗎?我們必須釐清病毒會在哪些分泌物出現,以便在執行防疫措施時,可依重點需求區分輕重緩急的必備資訊,否則防疫很容易落入草木皆兵,造成不必要的恐慌與浪費資源。

* 本文內容所引用的文獻均發表在 Omicron 出現之前。基於 Omicron 與其他變異株在細胞嗜性的差異,本文部分內容不適用於 Omicron 感染。

——本文摘自《從一個沒有名字的病開始》,2022 年 11 月,商周出版,未經同意請勿轉載。

參考資料

  1. Wrapp et al. Cryo-EM structure of the 2019-nCoV spike in the prefusion conformation. Science. 2020 Mar 13;367(6483):-1263.
  2. Sakurai et al. Natural History of Asymptomatic SARS-CoV-2 Infection. N Engl J Med. 2020 Aug 27;383(9):885-886.
  3. von Stillfried et al., First report from the German COVID-19 autopsy registry. Lancet Reg Health Eur. 2022 Feb 18;15:100330.
  4. Amman, et al. Viral variant-resolved wastewater surveillance of SARS-CoV-2 at national scale. Nat Biotechnol (2022). https://doi.org/10.1038/s41587-022-01387-y
  5. Natarajan, et al. Gastrointestinal symptoms and fecal shedding of SARS-CoV-2 RNA suggest prolonged gastrointestinal infection. Med (N Y). 2022 Jun 10;3(6):371-387.e9.
  6. Gaebler, et al. Evolution of antibody immunity to SARS-CoV-2. Nature. 2021 Mar;591(7851):639-644.
  7. RNAhttps://www.researchsquare.com/article/rs-1379777/v2
商周出版_96
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閱讀商周,一手掌握趨勢,感受愜意生活!商業出版為專業的商業書籍出版公司,期望為社會推動基礎商業知識和教育。

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一波未平,一波又起!我們該擔心猴痘疫情嗎?——《科學月刊》
科學月刊_96
・2022/08/05 ・2479字 ・閱讀時間約 5 分鐘

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  • 文/林翰佐 銘傳大學生物科技學系副教授,本刊總編輯。

「一波未平,一波又起。」正當這個世界仍為嚴重特殊傳染性肺炎(COVID-19)疫情疲於奔命之際,猴痘(monkeypox)疫情似乎也有逐步升溫的趨勢。我們該以何種心態面對新的未知疫情?或許這篇文章能提供讀者一些方向和理性。

猴痘病毒的近親——造成數十億人喪命的天花

猴痘是由猴痘病毒(monkeypox virus, MPV)感染所引起,猴痘病毒在分類上有個赫赫有名的同屬——造成天花(smallpox)的天花病毒(variola virus)。

天花病毒的穿透式電子顯微鏡圖,內部呈現啞鈴形的部分包含了病毒的 DNA。圖/Wikipedia

天花是一種能透過空氣傳播、致死率約 30% 的病毒,且疾病痊癒後仍會在病人身上留下難以磨滅的坑疤,令人聞之色變,更是人類疾病歷史上最黑暗的篇章。據歷史記載,在 735 至 737 年間,一場爆發於日本的天花流行,一共奪走了 100~150 萬人的生命,約相等於當時日本總人口數的 1/3,足見其威力。

諷刺的是,天花也是人類第一個戰勝的疫病。由英國醫師詹納(Edward Jenner)推行的牛痘(cowpox)接種技術,意外開啟生命科學中的免疫學篇章,使疫苗成為對抗病毒性傳染病最有效的武器。1980 年代,在世界衛生組織(World Health Organization, WHO)防堵策略的運用下,曾經造成人類歷史上約數十億人喪命的天花,在地球上徹底地被根除。

猴痘的病毒結構與傳播能力

繼承表親天花病毒的威名,猴痘疫情似乎顯得山雨欲來。

其實,痘病毒科(Poxviridae)的親戚一直存在於脊椎動物的族群當中。這類病毒的基因組由雙股 DNA 所組成,長達 186 千鹼基對(kb),記錄著 180 多個基因訊息,是感染哺乳動物的病毒當中體型最大,最為複雜的病毒。

相較於目前大家最為熟知的新型冠狀病毒(SARS-CoV-2)基因體長度大約只有 2 萬 6000 至 3 萬 2000 個核苷酸(nucleotides)所組成,透過分子機轉可以生產約 20 種左右的結構性蛋白(structural protein)及非結構性蛋白(nonstructural protein),在巨大的天花病毒前面顯得單純許多。

而更多種蛋白質的生產力也意味著病毒的「能力」愈強,所以天花病毒一直以來都被譽為是最狡猾的病毒,它具備多套欺騙免疫系統的機轉,使人防不勝防。

痘科病毒相當狡猾,但還是希望猴痘可以安分一點。,圖 / pixabay

猴痘,顧名思義是一種流行於靈長類的流行病。1958 年,在研究用的猴子中首度被發現,而人類被感染的首起案例發生於 1970 年,之後在中非及西非偏遠地區也陸續發現零星案例。

根據流行病學的調查研究,猴痘主要透過嚙齒類、靈長類野生動物傳染給人類,是一種人畜共通傳染疾病。不過猴痘的傳播一直以來都是不慍不火,即便目前有升溫的趨勢,流行病學專家也相信它的「基本再生數」(basic reproduction number,俗稱 R0 值)介於 2 和 3 之間,遠低於目前肆虐的新型冠狀病毒 Omicron 變異株(R0≈10~15),意味著只要有適當的防疫作為,疫情不會像 COVID-19 一樣來得又快又猛。

猴痘的傳播途徑有哪些?

目前已知猴痘人傳人的途徑主要以皮膚、口對口或體液等與患者有密切接觸的方式傳染,其中也包括接觸被患者汙染過的物品以及衣物等。不過具體相關細節仍有賴後續的研究,包括患者實際具備感染能力的時程,以及是否造成胎兒垂直感染的可能性等。不過由於人類對抗天花具有相當完善的經驗,對於應付猴痘來襲,一些估算總不至於差得離譜。

若是不慎感染猴痘,需要多久才能痊癒?

猴痘的症狀類似天花,具有明確的病癥,包括發燒、頭痛、肌肉酸痛、背痛、疲倦及淋巴結腫大,此外隨著病程的演進也會在皮膚上出現丘疹。

猴痘的症狀類似天花,特別明顯的症狀是皮膚病灶。圖/Wikipedia

猴痘的病程通常持續兩到三週,多數健康的人可以自行痊癒。不過部分患者包括嬰兒、兒童,以及免疫缺陷病友,可能會面臨更嚴重的症狀,甚至死亡。有關猴痘的死亡率依照不同地區呈現相當大的差異,預估值從 1~10%,甚至於更高的數值都曾經被提出,不過死亡率也與當地的公衛條件和醫療支援程度息息相關,不排除被高估的可能。

根據世界衛生組織公開的資料顯示,近期受到猴痘疫情影響的國家及地區,迄今並未出現死亡案例。

目前有針對猴痘開發的疫苗或是藥物嗎? 

由於新藥開發的速度較慢,多數新興傳染病很難有可以立即使用的「特效藥」。但目前包括美、英、加拿大等國的藥物管理局,已陸續核准將天花的藥物特考韋端(tecovirimat)用於猴痘治療。特考韋端能干擾天花病毒細胞膜蛋白的合成,阻斷病毒在人體內複製散播的機率、降低病情的發展,在實驗室中的研究證明它對猴痘病毒的複製也能有效地進行干預,不過臨床上的效果仍有待後續研究證實。

基於猴痘與天花的同源性,接種牛痘疫苗也可以提供有效保護,多項研究表明曾接種過牛痘疫苗者,發病率可降至約 4~21%。根據臺灣衛生福利部疾病管制署的說明,臺灣目前仍保有一定數量的第一代牛痘疫苗戰備存量,可以因應緊急時所需。另外,由於牛痘疫苗的製程屬於活毒疫苗,具有相當長效的保護效力,在 1979 年前出生的民眾皆有施打牛痘疫苗,因此他們也對猴痘有較佳的抵抗能力。

疫病的可怕性來自於高傳染率、致死率,以及人類對該疾病的理解程度。由上述已知條件看來,猴痘並不是那麼可怕,可避免過度恐慌。不過衛生習慣的培養與防疫知識確實仍是趨吉避凶的基礎,願大家出入平安。

  • 〈本文選自《科學月刊》2022 年 8 月號〉
  • 科學月刊/在一個資訊不值錢的時代中,試圖緊握那知識餘溫外,也不忘科學事實和自由價值至上的科普雜誌。

延伸閱讀

  1. 台灣科技媒體中心,猴痘最新研究解析記者會新聞稿,2022年7月。https://smctw.tw/13545/
  2. 天平疫病大流行,2021年11月5日,維基百科,https://reurl.cc/j1XR4m
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