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如何面對新病毒?想當年碰到 SARS 時……——《下一場人類大瘟疫》

azothbooks_96
・2016/02/15 ・4376字 ・閱讀時間約 9 分鐘 ・SR值 570 ・九年級
Source: the guardian

不論這些人是死是活,他們全都受了感染—不過是染上了什麼呢?

隨著疾病蔓延到世界各國,全球三大洲的科學家也各在自己實驗室中,研究從各個患者身上採得的樣本,包括組織、血液、黏液、糞便和其他惹人嫌惡的關鍵材料,嘗試分離並辨識出致病原。早期階段起的 SARS 名稱,反映我們對這種東西的認識只及於它的影響和衝擊,就像一隻隱形大野獸留下的足跡。伊波拉是種病毒,亨德拉是種病毒,立百是種病毒,SARS 是種症候群。

SARS Source: ttb

SARS 病原體的搜尋工作,在這些實驗室內如火如荼持續進行,卻由於一些混淆訊息和誤導而受了阻撓。就初學者而言,它的症狀有點太像流感—或者講得更明確一點,太像是最嚴重的流感。流感當中最嚴重的一種就是所謂的禽流感,其致病病毒稱為 H5N1。短短六年之前,香港才經歷這種病毒的恐怖攻擊,它從家禽溢出,導致十八人受了感染。十八個病患看來還不是太多,恐怖的是,那十八人當中有六人死亡。

衛生當局迅速應變,下令關閉活禽市場,還銷毀香港所有活雞,總計一百五十萬隻雞慘遭撲殺,隨後又實施七週消毒作業。這種嚴苛應變措施,加上 H5N1 只擅長從禽鳥傳人,在人與人之間傳布的能力不強,總算將一九九七年香港爆發遏止住了。然而在二○○三年二月,從廣東發出的電郵和簡訊紛紛傳來令人心驚的消息,說是「一種古怪的接觸傳染疾病」開始浮現,禽流感也再次侵襲香港。禽流感和SARS全然不同,不過在當時卻不容易分辨。

流感殺死一名三十三歲男子,他的八歲兒子也患了病(所幸沒有喪生)。流感說不定還殺了那名男子的七歲女兒,那是兩週之前發生的事,他們前往福建省(就在廣東東北方的相鄰省分)探親時,小女孩死於類似肺炎的疾病。那個小女孩有可能是和雞群接觸太過親密了;她的哥哥肯定就是那樣,後來他親口證實這點。父子兩人的鼻黏液樣本都呈現 H5N1 陽性反應,這似乎暗示,廣東各處紛紛傳出的病例通報,有可能同樣和禽流感有關。於是科學家拿手上的 SARS 樣本進行 H5N1 檢驗,卻是一場誤導。

Source: 科學網

另一項錯誤的見解,是以為 SARS 的致病原有可能是某種衣原體(chlamydia)。衣原體是一群歧異度很大的細菌,包括兩種和人類呼吸道疾病有關的菌種(還有一種比較常在青少年間流行,藉由性行為傳布)。有一種呼吸道衣原體是人畜共通型病原,能從鳥類(特別是寵物鸚鵡)跨種跳躍侵染人類。二月底時,中國一位非常資深的微生物學家在某些 SARS 檢體中,發現了看似衣原體的東西,於是基於他的薄弱證據—加上在中國科學界的高度威望—衣原體假說獲得北京衛生主管部門高層的過度信賴。但是中國至少另有一位知名研究人員抱持異議,主張倘若病因出自衣原體,那麼病患應該對抗生素治療有反應—結果他們並沒有。然而那位研究學者身處偏遠廣東的呼吸疾病研究所,北京不認同他的說法。

鸚鵡熱衣原體 Source: wikipedia

同時實驗室科學家也投入探索其他的可能性,洋洋灑灑包括:鼠疫、斑疹熱(spotted fever)、退伍軍人症(Legionnaires’ disease)、斑疹傷寒、多種細菌性肺炎、季節性流感、血中大腸桿菌,以及新舊世界的漢他病毒等。SARS病原體追查工作之所以困難,部分在於科學家並不知道,他們尋找的是熟悉的病原,或者是與常見病原相似的新穎病原,或者是全新的病原。此外,還有另一種可能:或許那是獸醫經常見到,不過對人類傳染病來講卻是全新品類的病原體換言之,就是新興的人畜共通病原體。

前面我介紹了幾種實驗方法,都用上聚合酶連鎖反應來篩檢 DNA 或 RNA 的可識別片段,再結合分子檢定來測出抗體或抗原,然而這些做法都只能用來搜尋熟悉的病原體—或者至少是與常見病原非常類似的病原。這類檢測在回答「就是這個嗎?」的具體問題時,基本上只能給你「陽性」、「陰性」或「近似」三種答案,但用於尋找全新病原體就比較困難。除非你對目標微生物的分子識別標誌有概括認識,否則是沒辦法從識別標誌來檢測那種微生物的。因此實驗室科學家必須仰賴一種自動化程度較低的傳統途徑:把微生物放進細胞培養液中,讓它生長,然後用顯微鏡來檢視。

香港大學位於一處丘陵山巔,俯瞰鄰近鬧區,裴偉士(Malik Peiris)就是在那裡領導一支團隊,採行這條途徑,最後終於得出豐碩成果。裴偉士是牛津養成的微生物學家,生於斯里蘭卡,也在那裡長大,他的話聲輕柔,卓有見地,頭型渾圓,留著深色纖細頭髮。他主要以流感研究著稱,在一九九五年來到香港,緊接著那裡就出現禽流感大恐慌,他有理由認為,廣東傳出的疾病,以禽流感假說最為可信。他在二○○三年告訴一位記者:「我們心中首先冒出的想法是,H5N1 病毒有可能養成了人傳人的能力。」不過他們檢驗了手中的 SARS 樣本,看看裡面有沒有 H5N1 或者其他繁多常見的嫌疑標的,結果找不到絲毫證據,於是他的團隊改變想法,認為他們面對的是一種新病毒。

Professor JSM Peiris of the University of Hong Kong (bottom left) and his team of scientists looking at the SARS virus. SARS has killed overa hundred and infected over several thousand throughout the world. 08-04-03
裴偉士(Malik Peiris)Source: HKU

接下來他們集中火力,試行培養那種病毒。這就表示,首先要給這種神祕生物安排一種活細胞環境,讓它能夠在裡面複製,等它在培養液增長出充分數量,對細胞造成充分損傷,那時就能見到它的身形。培養液中的活細胞必須是某種「不死的」細胞系(好比一位名叫海莉耶塔.拉克斯〔Henrietta Lacks〕的不幸女士留下的著名的海拉細胞〔HeLa cell〕),這樣它們才會永無止境繼續複製下去,直到有東西把它們殺死為止。裴偉士的團隊起初先為那種新的致病原提供五種不同的細胞系,這五種細胞先前都各自經過驗證,適合呼吸道病原體棲身,分別為:狗的腎臟細胞、大鼠的腫瘤細胞、流產人類胎兒的肺部細胞,以及其他細胞。結果運氣不好,沒有顯現細胞受損的跡象,因此也沒有出現病毒生長的證據。

Source: daily mail

接著他們嘗試另一個細胞系,取自一隻恆河獼猴胎兒的腎臟細胞。好極了,這次交上好運了。三月中時,他們在培養的獼猴細胞中見到了「細胞病變效應」(cytopathic effect),意思是有東西開始在那群細胞裡複製,並摧毀它們,從一顆細胞溢出侵入另一顆細胞,產生出一片肉眼可見的毀滅地帶。又隔了幾天,團隊用電子顯微鏡拍下了那種圓形病毒顆粒的影像,每個顆粒外表環列眾多棘突,狀似皇冠。這種結果完全出乎意料之外,於是團隊中的顯微鏡專家只好仰仗一種類似野外導覽的手冊,他查閱了一本病毒顯微圖鑑,尋找和它相符的病毒,這就像是見了一種新的鳥兒或野花時,你我都會做的動作。他在一群叫做冠狀病毒(coronavirus)的病毒當中,找到了相符的種類。冠狀病毒的特點是,各個病毒顆粒外緣都環列蛋白質突起,形成類似皇冠的外觀 。

Source: Oma MOH

正如培養工作證實 SARS 患者體內存有一種未知的冠狀病毒—至少某些病人是這樣—不過這也不見得表示,那種病毒就是病因。為建立因果關係,裴偉士的團隊拿在細胞培養中新發現的病毒,來檢驗SARS患者的血清(因為那裡面可能含有抗體),這就像拿聖水來潑灑女巫。結果抗體辨認出那種病毒,產生強烈反應。根據這項證據,加上其他檢查驗證,裴偉士和他的同事在不到一個月內就發表了一篇論文,審慎宣布這種新的冠狀病毒是 SARS 的「一種可能起因」。

他們對了,那種病毒被稱為 SARS 冠狀病毒,而且不多加省略直接簡稱為 SARS-CoV。這是歷來首見會釀成人類重症的冠狀病毒。(另有一些冠狀病毒也像其他眾多毒株同樣會引致普通感冒,此外另有一些則會引致小鼠的肝炎、豬隻的胃腸炎,還有火雞的呼吸道感染。)SARS-CoV 的簡稱沒有不祥意涵。昔日發現了新病原體,會給它冠上比較富有地理色彩的稱號,好比佛山病毒或廣州病毒,民眾就會奔走相告:當心啊,那個人染上廣州病毒!不過到了二○○三年,所有人都體認到,這種稱號惹人不快,不受歡迎,對旅遊業也有不良的影響。

其他幾支團隊也各自獨立作業,致力分離出 SARS 致病原,大約都在相同時間得出相同答案。美國團隊以亞特蘭大的疾病控制與預防中心為基地,連同大批國際合作夥伴協力進行。歐洲有一組跨國人員通力合作,分別在德國、法國和荷蘭的研究機構推展工作。中國有一小群熱情、幹練,卻恭順服從的研究人員共組研究班子,他們領先裴偉士好幾週,分離出一種冠狀病毒,還拍下了照片。這群以軍事醫學科學院(Academy of Military Medical Sciences)為大本營的中國科學家卻很倒楣,他們震懾於衣原體學說和在北京推廣此論的權威人士,錯過了率先發表這項實質發現的機會。「我們太謹慎了,」其中一位成員事後表示。「我們等太久了。」

裴偉士和他那批夥伴確認了病毒,為它的部分基因組定序,把這些序列擺進其他冠狀病毒系統樹中進行比對,接下來合理的做法就是揣摩病毒的來歷。這種東西不會憑空出現。它一般都在哪裡藏身?生命史的詳情為何?天然宿主是誰?一位參與這項研究的年輕生物學家,在香港和我見面時談到了這個課題。那位科學家名叫潘烈文(英文名Leo Poon)。

潘烈文 Source: 明報

「我們在人類樣本中發現的資料,」

潘烈文表示:

「暗示這種病毒對人類來講是新的。我的意思是,人類以往沒有被這種病毒感染過。所以這肯定是來自某種動物。」

不過是哪種動物,還有牠們怎麼恰好就把傳染病感染給人類?要找出這些問題的答案,恐怕只能進入中國南方的森林、街道、市場和餐廳去收集證據。期望他就那個題材多加著墨,我又提出問題:

「那項田野工作你也參加了嗎?」

「沒有,我是個分子科學家,」他回答。

我猜那就像是請教美國抽象畫家傑克遜.波洛克做不做房屋油漆工作一樣,不過潘烈文對我的問題並沒有見怪。他沒有參與,但他很樂意讚揚別人。他們有另一位同事,名叫管軼(Guan Yi),是一位狂放不羈的研究員,具有流行病學家的敏銳直覺,還有毫不妥協的膽識氣魄。管軼越界進入中國,與幾位地方官員合作,來到深圳最大的活禽活畜市場,拿拭子從待售動物的喉嚨、肛門和採得樣本。那批樣本就是循跡追查的第一步,引領潘烈文(進行分子生物學分析)、裴偉士、管軼本人—最後還包括全球各地的科學家和衛生官員—把他們的懷疑目光投注在一種名叫果子狸的哺乳動物身上。

列印本文摘自泛科學2016年2月選書《下一場人類大瘟疫》,漫遊者文化出版。


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為什麼吃甜的會蛀牙?——《生活中的東西都可以寫成化學式》

快樂文化
・2022/05/09 ・1404字 ・閱讀時間約 2 分鐘

來談談我們的敵人——蛀牙。

蛀牙的化學物語

導致蛀牙的主要原因有兩個。前面提過的蛀牙菌是其中一個因素,而蛀牙菌具體的名稱為「轉糖鏈球菌」,據說這種細菌常在孩童約三歲以前經由大人傳染,原因包括使用父母用過的筷子和湯匙,或輪流喝飲料等;另一個因素就是食物中所含的糖分,主要成分為「蔗糖」。

這兩個因素結合在一起時,就會發生以下情況:首先,轉糖鏈球菌利用蔗糖製造一種稱為「葡聚糖」的分子。葡聚糖的化學式為(C6H10O5)n,後面會再詳細說明。葡聚糖附著在牙齒表面,會成為轉糖鏈球菌的棲息地。此外,口腔中的其他細菌(根據統計,口腔中的細菌有 600 多種)也會混入其中。

這些附著在牙齒上的組合物稱為「牙菌斑」,有時也被稱為「齒垢」或「生物膜」(biofilm,又稱菌膜)。你可能在牙膏等的廣告中有聽過這些名詞。

之後,獲得棲息地的轉糖鏈球菌會產生大量的「酸」,引發去礦質作用,最終導致蛀牙。這個過程如下列所示。

轉糖鏈球菌生活在溫暖的葡聚糖裡,並分解出乳酸;事實上它們也會分解出醋酸,及一種稱為甲酸(HCOOH)的酸,但乳酸所佔的比例較高。這些酸會引發強烈的去礦質作用,溶解牙齒並造成蛀牙。

在這種情況發生前,必須好好刷牙,以澈底清除黏附在牙齒上的牙菌斑(葡聚糖+細菌)!即使是漱口,具黏性的牙菌斑也不易脫落,最有效的方法還是好好刷牙。而牙膏中含有研磨劑(可幫助去除汙垢的顆粒),能有效去除黏黏的牙菌斑。

不易蛀牙的甜食

上個單元我們說明了糖是如何引起蛀牙的。事實上也有一些分子的味道就和糖一樣甜,但卻不太容易引起蛀牙,其中最有名的分子之一就是「木糖醇」,你可能有聽過加了木糖醇的口香糖吧!這個分子的化學式為 C5H12O5,詳細的結構如下圖。

為什麼木糖醇味道甜甜的,卻不容易引起蛀牙呢?在回答這個問題前,我們先回想一下為什麼蔗糖(糖)會導致蛀牙。蔗糖是轉糖鏈球菌用來製造葡聚糖的材料,而反應過程中產生的果糖,會被轉糖鏈球菌做為養分來源,並分解出乳酸分子。

那木糖醇呢?首先木糖醇不像蔗糖是製造葡聚糖的材料,另外轉糖鏈球菌不會把木糖醇當成養分來源,所以也不會分解出乳酸。因此它們的味道雖然很甜,但卻不容易引起蛀牙。

這裡出現了一個問題。木糖醇和蔗糖的結構看來截然不同,但為什麼味道也是甜甜的呢?若像下圖一樣,稍微改變一下木糖醇的畫法,就會發現它的結構與構成蔗糖的葡萄糖和果糖很像,具有許多羥基這點也非常相似。

——本文摘自《生活中的東西都可以寫成化學式》,2021 年 11 月,快樂文化


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