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移民火星計畫──該擔心死亡風險還是科學新聞?

科學新聞解剖室_96
・2015/02/25 ・4254字 ・閱讀時間約 8 分鐘 ・SR值 563 ・九年級
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科學新聞解剖室-案件編號8

案情:「你已經死了!」媒體的火星死亡筆記本

Mars_atmosphere
圖片來源:http://goo.gl/ooMB6q

第87屆奧斯卡頒獎典禮在台灣時間2/23上午登場,去年票房大賣的《星際效應》(Interstellar)雖只搶下最佳視覺特效獎,但是上映時可是刮起一陣猛烈的天文熱潮。記得當時,好像每個人都變成天文達人,對天文物理都能侃侃而談,說得頭頭是道,甚至出現將科學神學化的「星際效應大解密」活動,還有近期國內BBS大站PTT出現太陽閃焰末日的謠言(破解文:世界末日擦身而過?──破解太陽閃焰的謠言)等等,可見一般大眾對於遙遠天際源源不絕的好奇心(就像我們對外星人永不退散的狂熱);但是這些資訊是否可以讓民眾擁有正確科學知識呢?這讓解剖員不禁想起去年10月瀏覽新聞時看到一則以「移民火星等於送死? 科學家:現有技術只能活68天」為題的報導,當時讓解剖員心中的警示燈號連連響起,心中隱隱覺得哪裡有問題,報導中提到:

太空愛好者若想移民火星,以目前的進度看來可能要暫緩,因為最新研究顯示,人若是踏到火星環境,可能68天之內就會死亡。科學家則表示,人類若想在火星永遠定居,還需要開發新科技,以避免氧氣含量的喪失。

這篇新聞是報導「美國麻省理工學院」(MIT)對於「火星一號移民計畫」(Mars One)的技術評估報告(以下簡稱MIT報告),指出移民火星的侷限,但是新聞提到的研究報告在哪裡呢?68天又是怎麼來的呢?這則和我們日常生活似乎沒有緊密相關卻又意外搭上天文熱的新聞究竟是怎麼一回事呢?且讓解剖員帶著大家一步一步掀開它「神秘」的面紗。

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解剖:太快下定論的火星疑雲生死鬥

科學疑點一:被忽略的其它因素

在這篇新聞報導中,被提到的科學相關資訊包含:「最新研究」、「火星一號移民計畫」、登陸火星後約68天內死亡、在火星種植作物會產生大量氧氣等等,但卻對「MIT報告」中如何針對「火星一號移民計畫」與火星實地環境進行評估、計算等過程都略而不談,只擷取最後的結論,並將重點放在「只能活68天」。也許報導是很貼心地考量到一般民眾對科學新知的閱讀耐心,太難、太複雜的都看不懂,所以就只翻譯其中的一部份,然後相關的數據分析、圖表全都跳過。「MIT報告」如何分析「火星一號移民計畫」的數據才做出這份評估報告?報告中有什麼重要的訊息?又是如何進行實驗分析?全是一團謎啊。

因為新聞中沒有附上原文報告連結,所以解剖員只好先搜尋「MIT報告」才漸漸撥雲見日,該份報告中指出研究人員開發了一套分析工具,並運用這套工具模擬與分析火星居住地的各項數值,在報告中都有相當詳細與完整的說明。報告的一開始就指出「就地資源利用」ISRU,In-situ resource utilization,從其他行星獲取資源的技術,降低從地球運送物資的負擔,增加太空探索的續航力),以及「生命維持技術」(Life support technologies)兩者是「火星一號移民計畫」是否能夠成功的重要關鍵,兩個因素必須一起考慮,而氧氣就是資源與生命維持技術的連結關鍵之一。

但是,這篇新聞報導只有提到「生命維持技術」,完全忽略「就地資源利用」的重要性,對於報告中的關鍵分析也沒有說明,就單單抓取一般民眾「可能」會有興趣或看得懂的數值、名詞,例如:存活68天、環境變得易燃等,新聞報導不就是民眾「知」的權利嗎?其實記者大可大膽一點都翻譯出來,或是將翻譯稿附在新聞最後,不要剝奪民眾多看、多學的機會呀!(敲碗)

科學疑點二:「68天」是怎麼計算出來的呢?

這篇新聞從標題到內容共提到三次「68天」,這令人過目難忘的「68天」又是如何怎麼來的呢?

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我們回頭來看看「MIT報告」,報告中所謂的68天,是分析「火星一號移民計畫」的「生命維持單位」(Life support unit)後所得出的數值,指出若沒有「就地資源利用」的補給,第一批人員抵達火星後,會因為環境中「氧分壓」(oxygen partial pressure)過低而導致大約在68天左右會有窒息的危機(如下圖)。新聞報導內沒有提到「就地資源利用」補給的問題,才導致致死的危險;而且,「MIT報告」提到的68天是預估值,報告中使用的英文單字是approximately(大約),描述口吻可沒有這篇新聞所說那樣肯定唷。

缺氧門檻
資料來源:MIT報告(P.10)

況且,68天是在沒有「就地資源利用」補給的情況下所做出的預估值,若是在「火星一號移民計畫」預計啟動的2024年(有些報導寫2023年),說不定到時候已經發展出更先進的科技,解決物資運送的問題,或是成功開發火星的「就地資源利用」技術,那麼,此時新聞論斷的68天是不是變得太過武斷呢?至今尚未開發出定居火星的技術,也缺乏實際經驗,一切都是經由專家進行實驗、模擬、推估,新聞怎麼能毫無保留地對不那麼確定的事情妄下定論呢?

此外,新聞首段說:「人類若想在火星永遠定居,還需要開發新科技,以避免氧氣含量的喪失」,第三段又說:「依實際情況,這樣做會產生大量的氧,使得環境變得『易燃』,因此某種形式的去氧系統是有必要的。」解剖員不太能理解,氧氣究竟夠不夠?到底要發展避免氧氣喪失的科技?還是要開發去氧系統?可以說清楚一些嗎?看得好混亂啊(眼球暫時喪失對焦能力)。

接下來看看媒體上的問題:

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媒體疑點一:數字並非神諭

數據不僅是科學研究的重要工具,也是和日常生活息息相關的生活語言,[1]拜媒體之賜,我們已經且非常習慣用「數據」衡量許多事情,而媒體也喜歡用數據操作新聞,當然,這些年來也成功利用數據引起很多話題,例如:驚!多吃一片烤吐司 致癌物就超標?!本土瘦肉精更毒兩千倍食安問題是操作重點)、別再被電子菸給騙了!致癌物竟比香菸多10倍等等;再加上將數據當成標題,看起來好像更科學、更專業;但是,我們似乎很少會去追問這些數據怎麼來的?是經過什麼實驗過程?可信嗎?都不會出錯嗎?

我們要注意的是數據並非神諭,數據也是人類產製出來的資訊,看到一個數字時,要先找出原始資料(raw data)是什麼。我們的科學新聞報導常常很迷戀數據的威力,但是數據指的是有單位的量、機率或是倍數(特別要小心驚人的倍數)?數據是由什麼人用什麼機器或框架產製?數據之間是否有關係?關係是否錯誤?因果是否錯置?假如一篇科學新聞的標題就已經用數據來誤導大眾的邏輯思考,那麼我們就要特別地小心。

媒體疑點二:小心標題的陷阱

解剖員在閱讀新聞時,一般習慣先掃描標題,再挑選有興趣、看起來很可疑的,然後再細讀新聞內容;但是,對於生活忙碌的現代人來說,有時候只看標題而沒時間看內文,在這樣的情況下,很容易掉進標題製造的陷阱裡面,尤其是報導品質低劣的媒體,利用標題營造誘人或驚悚的效果,吸引民眾的目光,卻不能帶給民眾正確的報導,不能不小心啊。

這篇科學新聞也犯了這個毛病,報導中完全忽略了科學模擬、推算的邏輯過程,而直接取用結果,並用一般民眾較為有感的數據當成標題:「科學家:現有技術只能活68」,但我們仔細看看新聞內容,第一段:「可能68天內就會死亡」、第三段:「推斷第一批人會在登陸後68天左右死亡」,奇怪!標題不是說只能活68天嗎?內文卻又變得好像不那麼確定,標題和內文出現不一致的情況,究竟要相信哪一個說法?另外,標題前半說「移民火星等於送死?」末段又說提到主辦單位對於移民所需的技術都已成型,究竟如何呢?相當矛盾啊。(嘖嘖)

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看到這裡,你還要在瀏覽新聞的第一時間就相信標題嗎?解剖員慎重地呼籲大家:請大家注意,有些新聞標題已經喪失原本功能,請小心服用,切莫囫圇吞棗。(認真魔人)

媒體疑點三:援用國外媒體的落差

依據解剖員瀏覽國內科學新聞多年的經驗顯示,國內的科學新聞有一大部分是來自翻譯國外媒體的報導,而且,通常都不那麼喜歡附上援用的「國外媒體」名稱與「原始研究報告」的來源,所以當我們要查證某篇新聞報導時,通常都要花一點時間才能找到原始資料,接著才能進一步確認新聞的可信度(記者朋友們為什麼要耍神秘呢?把原始資料附上來是很值得鼓勵的作法啊,請踴躍跟進,謝謝大家);而這篇新聞可是有明確寫出是引用自英國的《赫芬頓郵報》(Huffington Post)的喔(鼓掌)。

但是,解剖員在《赫芬頓郵報》網站以關鍵字「Mars one」搜尋,一共找到11篇相關的報導,卻怎樣都無法和國內這篇報導直接連結起來,因為國內的這篇報導有許多細節在《赫芬頓郵報》中也無提及,例如國內報導指出主辦單位會再嚴格選出24人,但《赫芬頓郵報》卻沒有提到24人的訊息;又如國內報導指出希望到了2024年可以在火星建立永久殖民地,但《赫芬頓郵報》好幾篇報導都是寫2023年,而不是2024年;又如《赫芬頓郵報》的報導完全提到68天這個數據等等,落差甚大。

因此,解剖員推測,這篇新聞應該不只有參考《赫芬頓郵報》的報導,應該還有涉獵其他媒體的報導,若是如此,解剖員認為負責任的媒體應該要檢具消息來源,詳細列出所有參考的資料,以免被貼上援用不實的惡名喔。(啾咪)

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解剖總結:新聞媒體不是鐵口直斷的算命師!

解剖員認為,「MIT報告」的核心是根據「就地資源利用」以及「生命維持技術」來做技術評估,卻因為媒體記者科學素養的不足(也可能沒時間看「MIT報告」),所以只能拿民眾易懂的數據來鋪排新聞;而且下標題時不懂保留,將致死危險加以渲染成死亡,並去除「估計」的字眼,直接說明只能存活68天,實在非常不應該。

本來媒體因應時事報導科學新聞,這就是很好的開端,但不應該只是趕風潮或是沾醬油般地簡化,科學講究據實報導,時事講究持續追蹤,就看媒體對此科學議題的重視程度。同樣是天文議題,以2014年11月人類科學盛事──彗星追蹤器羅賽塔(Rosetta)的探測器菲萊(Philae)成功登陸彗星為例,解剖員特別要表揚這篇引用歐洲太空總署影片的報導(探測器菲萊成功登陸彗星),它不僅簡潔而且包含了新媒體資訊圖像化的有趣要素,非常值得其它媒體的參考。綜合以上分析,本解剖室給這一則新聞報導評以如下評價(13顆骷髏頭):

綜合剖析評比-科學偽新聞指數(滿分五顆)

「忽略過程」指數:☠☠☠☠

「不懂保留」指數:☠☠☠☠

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「關係錯置」指數:☠☠☠

「多重災難」指數:☠☠

 

(策劃/寫作:簡克志、賴雁蓉、黃俊儒)

[1] 參考《別輕易相信!你必須知道的科學偽新聞》第二章。台北:時報,2014。

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文章難易度
科學新聞解剖室_96
37 篇文章 ・ 12 位粉絲
「科學新聞解剖室」是由中正大學科學傳播教育研究室所成立的科學新聞監督平台,這個平台結合許多不同領域的科學解剖專家及義工,以台灣科學新聞最容易犯下的10種錯誤類型作為基礎,要讓「科學偽新聞」無所遁形。已出版《新時代判讀力:教你一眼看穿科學新聞的真偽》《新生活判讀力:別讓科學偽新聞誤導你的人生》(有關10種錯誤的內涵,請參見《別輕易相信!你必須知道的科學偽新聞》一書)。

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純淨之水的追尋—濾水技術如何改變我們的生活?
鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
・2025/04/17 ・3142字 ・閱讀時間約 6 分鐘

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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。

十九世紀倫敦泰晤士河的水,被戲稱為「流動的污水」(圖片來源 / freepik)

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?

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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。

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圖片來源/BRITA

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

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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。

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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 (圖片來源 / BRITA)

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。

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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。

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。

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(圖片來源 / BRITA)

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

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你以為是上火?其實是唇皰疹復發警告!
careonline_96
・2025/04/18 ・2529字 ・閱讀時間約 5 分鐘

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圖/照護線上

唇皰疹是發生在唇部的小顆水泡或潰瘍,如果你曾發作過,你知道當有點刺刺痛痛的,唇邊嘴角有點燒灼感之際,就是唇皰疹再度造訪的日子。

唇皰疹通常是在孩童時期,甚至嬰兒時期感染了單純皰疹第一型,皰疹病毒躲在神經細胞中,免疫力比較差的日子,病毒可能就跑出來作祟,形成會痛的、紅紅的小水泡或潰瘍,經過幾天後才結痂、癒合。本身免疫力正常的人,通常在十天至兩周之內恢復。

唇皰疹容易反覆發作
圖/照護線上

由於唇皰疹發作位置很明顯,患者常常會因為不時出現的潰瘍或一顆明顯水泡而感到難為情。更討厭的是,唇皰疹總是出其不意地找上門。據統計,長過唇皰疹的人裡面,大約有 5% 到 10% 的患者會反覆受唇皰疹之苦,一年需要體驗超過五次。

增加唇皰疹發作機會的危險因子

哪些狀況會增加唇皰疹再度造訪的機會呢?許多患者會發現,只要最近累一點、壓力大,就會顯現在唇部。所以以下狀況都會增加唇皰疹的出現機會:

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增加唇皰疹發作機會的危險因子
圖/照護線上
  • 感冒、發燒
  • 嘴唇受傷,臨床上常見的是「霧唇」之後,或長時間曝曬後,許多患者會出現唇皰疹
  • 正在月經週期
  • 情緒起伏大
  • 服用類固醇
  • 體力過度勞累,例如過量重訓

所以,如果你是比較容易出現唇皰疹的人,請記得平時一定要防曬,適當地使用護唇膏,並保護唇部不要有傷口,好好休息要睡飽,並做適量運動與減輕壓力。

如何早日擺脫唇皰疹

注意到唇部有異狀,趕快治療,不要等。早點利用藥物對抗病毒,可以讓患處早點進行修復。

坊間會有人建議用蘋果醋對抗唇皰疹,但高濃度的蘋果醋並不會特別殺死病毒,反而還可能讓皮膚大受刺激而受傷。也曾有人提倡在唇部患處塗抹各種精油,像是迷迭香精油、茶樹精油、薄荷精油等等,認為可以殺死單純皰疹。然而這些研究可能已經是在二十年多前,以猴子細胞做體外實驗進行的,還沒有確切人體實驗數據供我們參考。而且,這些非藥物類型的保養品、食品都不用受到藥品規範,其濃度、精煉過程、純度等等都沒有確切的比較依據,因此更難總結其健康功效。

當唇皰疹發作後,沒有什麼營養食品或替代方案能讓唇皰疹一夜之間消失,但及早使用藥物,好好照顧傷口處,還是會讓唇皰疹早點癒合。記得,當唇皰疹結痂,就不要去碰它,結痂代表傷口正在癒合,後來會自行掉落,這段時間做好保濕,塗點凡士林保濕,別讓唇部太乾燥即可。

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唇皰疹發作,這些事情不能做!

當唇皰疹發作時,請不要做以下事情,免得將傷口搞砸,或再將病毒傳播他處:

唇皰疹發作,這些事情不能做!
圖/照護線上
  • 不要試著擠它:有人看到唇上一顆水泡會想要試著把他擠破。可是,唇皰疹不是青春痘,擠掉也不會比較快好,反而會讓病毒流出並傳播病毒。
  • 不要用力清洗:雖然這是病毒感染,但病毒潛伏在神經細胞,用力清洗也無法洗去病毒,只會讓皮膚更加受傷。
  • 不要一直摳或碰傷口:碰觸開放性潰瘍處會讓病毒傳播。若是傷口已經結痂,就等他慢慢好、自行掉落,摳掉結痂處反而更容易留下疤痕。
  • 不要進行親密行為:還有唇皰疹的時候,不要親吻小孩、伴侶,這些行為也很容易傳播病毒。
  • 不要共享生活用品:分享刮鬍刀、護唇膏、馬克杯、叉子等,也會容易傳播病毒。

可以繼續吃抗病毒藥避免唇皰疹發生嗎?

唇皰疹真的非常難預防,也容易反覆發作。因此,有些患者經歷幾次唇皰疹之後會想:「我能不能繼續吃著抗病毒藥,避免唇皰疹發作呢?」

我們直接講結論。如果沒有什麼其他的免疫疾病,也就是說,對平常免疫狀況算正常,但偶爾就是會出現唇皰疹的人來說,研究並不認為短期使用抗病毒藥物能預防唇皰疹

這時你可能會問,吃短期的沒有用,那如果更長期的使用抗病毒藥物,會有幫忙嗎?

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曾有個小型研究發現,當連續使用抗病毒藥物 acyclovir 400 毫克,一天兩次(每天劑量 800 毫克)共四個月,可以降低約一半唇皰疹發作的機會。在這四個月內,使用安慰劑的族群平均發作二次唇皰疹,固定使用抗病毒藥的人則平均發作一次。然而,這個研究的患者數目真的很少,只有約莫二十人上下,而且目前我們也無法確認長期服用抗病毒藥後的可能危害。

前面提到的研究是針對免疫正常的患者。如果是免疫系統低下的患者,例如正在接受癌症化學治療,或是經歷骨髓移植正使用著免疫抑制劑,這時利用抗病毒藥 acyclovir 似乎是能減少唇皰疹發作的機會。

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XFEL 捕捉原子解析度 DNA 修復過程
顯微觀點_96
・2025/04/17 ・2232字 ・閱讀時間約 4 分鐘

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本文轉載自顯微觀點

圖/顯微觀點

DNA 損傷有多種類型,是導致癌症或遺傳性疾病的致病原因之一。其中,環丁烷嘧啶二聚體(cyclobutane-pyrimidine dimer ,CPD)是一種紫外線誘導的常見 DNA 損傷,影響 DNA 複製時的鹼基配對,如無法修復將導致突變。

生物體有不同的 DNA 修復機制,但其修復過程仍是未解之謎。中研院院士蔡明道率領的國際研究團隊,則應用序列飛秒晶體學(serial femtosecond crystallography, SFX),以 X 射線自由電子雷射(X-ray free electron laser, XFEL),在極短時間內捕捉光解酶酵素修復 DNA 損傷的過程和關鍵中間體結構,可說是首次在原子解析度下直擊 DNA 修復的完整過程。研究成果更登上今年 12 月發表的國際科學期刊《科學》(Science)。

由左至右中央研究院生物化學研究所呂桐睿todd L. Lowary所長、廖俊智院長、蔡明道院士、國立臺灣大學化學系馬左仲manuel Maestre Reyna助理教授
由左至右中研院生化所所長呂桐睿(Todd L. Lowary)、中研院院長廖俊智、院士蔡明道、國立臺灣大學化學系助理教授馬左仲(Manuel Maestre Reyna)。圖片來源:中研院提供

雖然隨著X射線晶體學和冷凍電子顯微鏡技術的發展,科學家已經可以用原子等級的解析度分析許多酵素和酵素複合體的結構,然而這些方法只能捕捉反應開始或結束的單一瞬間,無法進一步觀察反應過程。

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這次的研究利用 XFEL 技術,在極短(100 億分之一到 5000 分之一秒)的時間內,為 DNA 光解酶催化過程的多個反應中間體結構拍了 18 張照片,顯示了四個反應位點隨時間的變化。

團隊在皮秒(picosecond, ps)層次捕捉到電子轉移;皮秒到奈秒(nanosecond, ns)的範圍內修復 CPD 損傷,隨後參與催化酶部分的恢復;在 500 奈秒時形成完全還原的酶產物複合物。 最後,在 25 至 200 微秒(µs)內捕獲胸腺嘧啶鹼基的後翻轉中間體,雙鏈 DNA (dsDNA) 重新退火黏合。

阿秒(as):10-18 秒,目前實驗上能測量的最小時間尺度
飛秒(fs):10-15
皮秒(ps):10-12
奈秒(ns):10-9
微秒(µs):10-6
毫秒(ms):10-3
秒(s)

蔡明道指出,這項研究直接以原子解析度觀察酵素反應的完整過程,不但促進結構生物學的發展,也開啟酵素學的新時代。且透過 XFEL 技術,可檢視酵素的反應中間體結構的全貌,進而提供後續應用機會,例如新藥物開發的潛在新靶點。

使用 XFEL 的 SFX 技術,約在十年前問世,主要用於以時間分辨結構的研究。

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一般雷射使用將特定物質作為雷射介質,將其電子以能源(光)激發至激發態。當能階提高後的電子嘗試回到低能階狀態,便會釋放能量;再結合共振腔,產生能量相等、高同調性的雷射光。因此一般雷射有三個基本要素:增益介質(gain medium)、共振腔(optical resonator)和激發來源(pumping source)。

自由電子雷射(free electron laser ,FEL)則是利用聚頻磁鐵(undulator)或增頻磁鐵(wiggler)的磁場將高速前進的電子束多次改變方向,將動能轉為光子。

由於 FEL 不需要介質也不需要特定物質做居量反轉,不會被特定物質的能級限制波長,只要調整動能和磁鐵的參數就能改變雷射波長。因此涵蓋範圍從微波、遠紅外線、可見光到 X 射線等;XFEL 即是 X 射線波長的自由電子雷射。

X 射線可以用來研究晶體中原子排列的狀況,透過繞射圖像來判斷晶體中電子密度分布狀況,分析原子位置和化學鍵資訊,例如解開 DNA 雙股螺旋結構。但 X 射線波長短、對物質穿透力強大,也容易造成蛋白質晶體損傷。

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XFEL 具有 X 射線波長特性,卻比以往的亮度高 10 億倍;而且脈衝持續時間短,就像超高速閃光燈,可以瞬間捕捉到原子運動和及快速的化學反應。

XFEL 提供極其明亮且短暫(約 10 fs)的 X 射線雷射,能在出現任何輻射損傷前從蛋白質微晶體中進行繞射(破壞前繞射),也就是繞射測量在樣品破壞之前就已經完成。

而透過繞射圖樣,那些容易被 X 射線輻射改變的蛋白質穩態結構便能被確定;與超快可見脈衝結合時,就能確定光誘導過程中的中間體。 全球提供 TR-SFX 的設施僅有五個,分別分布在美國、日本、德國、韓國和瑞士。本次蔡明道院士團隊的研究,則在日本 SACLA 和瑞士 SwissFEL 進行 XFEL;論文共同作者共有 69 位,分別來自世界各地的17個研究機構。

  1. 中研院新聞稿:看到了!在原子解析度下直擊 DNA 光解酶酵素的修復過程
  2. Vos M. H. (2023). Filming DNA repair at the atomic level. Science (New York, N.Y.)382(6674), 996–997.
  3. Maestre-Reyna, M., Wang, P. H., Nango, E., Hosokawa, Y., Saft, M., Furrer, A., Yang, C. H., Gusti Ngurah Putu, E. P., Wu, W. J., Emmerich, H. J., Caramello, N., Franz-Badur, S., Yang, C., Engilberge, S., Wranik, M., Glover, H. L., Weinert, T., Wu, H. Y., Lee, C. C., Huang, W. C., … Tsai, M. D. (2023). Visualizing the DNA repair process by a photolyase at atomic resolution. Science (New York, N.Y.)382(6674), eadd7795.
  4. Martin-Garcia, J. M., Conrad, C. E., Coe, J., Roy-Chowdhury, S., & Fromme, P. (2016). Serial femtosecond crystallography: A revolution in structural biology. Archives of biochemistry and biophysics602, 32–47.
  5. 【理化學研究所】X射線自由電子雷射研究設施SACLA
  6. 自由電子雷射器  雷射技術新里程碑
  7. 維基百科:自由電子雷射器
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