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都市鳥類的行為可能造成物種分化

Lu-Tzu-Yao
・2011/12/09 ・522字 ・閱讀時間約 1 分鐘 ・SR值 498 ・六年級

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若要找出能迅速適應都市化變遷的物種,人類絕對不是唯一一個。新的研究指出移居到都市的歐洲,烏鶇(Turdus merula,或稱「黑鶇」),遷移的距離比牠們的近親短-這項行為的改變,最終可能使族群分裂成獨立的物種。

科學家在長達2800公里、跨越西班牙到愛沙尼亞的路途上,研究進出7個城市的168隻烏鶇。當烏鶇在整個歐洲四處覓食時,不同比例的氫同位素會進入牠們的鳥喙以及羽毛裡,成為一部份,藉此線索可以了解牠們的遷移模式。

資料顯示,在歐洲北部的都市烏鶇是從1930年代開始遷移至都市,而這些都市烏鶇在冬季時比起其他黑鸝,待在離家最近的地方。然而他們居住在森林的近親,每年都還是為了取暖而振翅飛往歐洲南部或者非洲北部。科學家於本月《Oikos》上發表此研究。

都市通常比鄉下溫暖,攝取食物的機會也比較多,這些都可能是讓都市烏鶇宅在城市周圍的原因。遷移距離落差可能可以解釋已經浮現於都市跟野外烏鶇族群之間的基因差異,這可能是物種分化的第一步。

資料來源:ScienceShot:Urban Bird Behavior May Divide a Species[30 November 2011]

2014.06.08 更正:原將 Turdus merula 誤譯為黑鸝,經指正改為烏鶇。

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Lu-Tzu-Yao
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下背疼痛反覆發作?——淺談「僵直性脊椎炎」的治療方針
careonline_96
・2022/01/06 ・1789字 ・閱讀時間約 3 分鐘

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下背晨間僵硬疼痛 小心僵直性脊椎炎!醫師圖文解說

下背疼痛行動困難,竟是僵直性脊椎炎惹禍!

今年四十歲的阿良哥(化名)在年輕時就常出現下背痛,但活動伸展後就緩解,因此不以為意。不料沒幾天後下背痛反覆發作,吃止痛藥症狀也沒改善,讓他難以入眠且心情憂鬱,最後駝背到腰挺不直、頸椎也出現僵硬,造成轉頭困難,甚至痛到無法下床,最後連工作都停擺,影響家庭經濟收入,讓他感覺跌入人生谷底。經輾轉到免疫風濕科檢查,確診罹患「僵直性脊椎炎」,經兩個月生物製劑治療後,大幅改善症狀,讓他恢復自信,迎向光明燦爛的人生。

僵直性脊椎炎與遺傳相關,有家族史需提高警覺

中山醫學大學附設醫院副院長暨過敏免疫風濕科魏正宗醫師說明,僵直性脊椎炎好發於年輕族群,男女比為 3:1,病因多爲先天遺傳基因加上後天環境因素影響,僵直性脊椎炎與 HLA-B27(人類白血球抗原B27)有強烈的關聯性,根據研究顯示,有 95% 僵直性脊椎炎的患者都帶有 HLA-B27 基因,發病率約莫 10~20%;而後天環境因素包括受傷及感染(如細菌、病毒等),誘發異常的免疫發炎反應發生。

僵直性脊椎炎病因

魏正宗醫師進一步說明,僵直性脊椎炎以脊椎為主要症狀,患者早上起床時會有下背僵硬疼痛現象,不過活動伸展後就會獲得紓緩,不像一般背痛需要休息才會改善,不過也容易造成患者忽略徵兆,錯失就醫良機。除了脊椎病變外,也會侵犯周邊關節及其他器官,包含周邊關節炎、虹彩炎、發炎性腸道疾病、皮膚乾癬及跟腱炎等,提醒有家族史的民眾若出現相關症狀,就應提高警覺及早就醫檢查。

僵直性脊椎炎治療多元,懷孕生子不是夢!

魏正宗醫師說明,目前針對僵直性脊椎炎的治療,可分為非藥物治療及藥物治療:非藥物治療包括運動及生活改善,運動建議以有氧運動、溫和伸展操為主,如游泳、伸展運動、瑜伽體操或太極拳,應避免激烈運動。生活改善方面除了要維持作息規律、早睡早起等習慣外,保持身心愉悅也對疾病有很大的幫助,另外僵直性脊椎炎患者千萬不要抽菸,避免加劇疾病惡化。

僵直性脊椎炎非藥物治療

藥物治療方面,魏正宗醫師表示,目前第一線治療以口服的非類固醇抗發炎藥物為主,主要在緩解患者疼痛症狀;而第二線可使用免疫調節劑,分為傳統口服的免疫調節劑及生物製劑,其中口服免疫調節劑可溫和調節患者免疫系統,但需要長期每天服用。目前有新型的生物製劑,可針對發炎因子進行精準阻斷,80~90% 的患者能獲得有效控制,加上已經通過健保給付,患者可以多與醫師溝通討論適合自己的藥物。

僵直性脊椎炎藥物治療

魏正宗醫師補充,過去對於懷孕或需要哺乳的女性僵直性脊椎炎患者,僅能使用少許安全藥物或採取停藥方式來控制病情,容易造成疾病復發,因此許多患者因而不敢結婚及生育,但隨著醫學持續進步發展,目前已有適合計畫懷孕患者及生育後哺乳使用的生物製劑,只要及早跟醫師溝通調整用藥,還是有機會可以懷孕生子。

魏正宗醫師提醒,罹患僵直性脊椎炎的患者不必過於難過害怕,只要遵守醫囑、定期回診,積極接受正規治療,就可以避免病情惡化,維持正常生活品質。

魏正宗醫師
careonline_96
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抑制干擾素歲月靜好,讓台灣廣傳的病毒更會傳染
寒波_96
・2021/07/06 ・4412字 ・閱讀時間約 9 分鐘

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編按:「歲月靜好,現世安穩。」是胡蘭成寫下的名句,宣示此生只與張愛玲一人好好過生活,但後來胡蘭成卻深深傷害了張愛玲,最終以離婚收場。而新發現的英國 B.1.1.7 病毒株,也學會跟細胞說「歲月靜好,現世安穩」,等病毒在細胞內站好腳步,再無情地攻擊細胞!

2020 年初,SARS 二世冠狀病毒(SARS-CoV-2)從中國傳播到世界各地以後,發展出許多不同品系,有些傳染力更為強大,如今正在台灣廣傳,英國誕生的 B.1.1.7(WHO 稱為 Alpha)便是一種。

SARS 二世冠狀病毒如今已經發展出許多變種。圖/envato elements

病毒入侵宿主細胞,主要依靠表面的 S 蛋白質(spike protein),它對細胞受器間的親和性相當重要,已知 S 蛋白質某些突變能增加傳染力。不過其它蛋白質的改變,也可能影響。

新研究指出 B.1.1.7 新型病毒,進入細胞後可以拮抗先天免疫反應,贏得茁壯的時間,從而增加傳染力。

入侵人體,佔領上呼吸道和下呼吸道!圖/[參考資料 1]

細胞 vs 病毒:干擾素的先天免疫

人類的先天免疫系統非常複雜,作為外敵入侵時的第一線防禦,在適應性免疫(後天免疫)啟動後仍扮演重要角色。眾所皆知的白血球、巨噬細胞都屬於先天免疫戰隊,而這兒的先天免疫反應主要和「干擾素」有關。

病毒進入細胞後一但被識破,細胞會分泌第一型干擾素(type I interferon)到外頭,刺激自己外部的受器,啟動一連串應變機制對抗入侵的小壞壞。

由於是細胞自己影響自己,不是接受外來訊號,可謂細胞自發性(cell-autonomous)的反應,所以即使病毒已經入侵,只要一開始能壓制住,細胞也有機會恢復。當然病毒也不會坐以待斃,發展出許多反制手段。

干擾素干擾病毒,病毒干擾干擾素

病毒感染細胞後,干擾素啟動的免疫體系非常複雜,牽涉很多分子和傳訊線路。干擾素會干擾病毒的複製,病毒卻也能干擾干擾素的作用。

細胞偵測到病毒入侵後,干擾素啟動的免疫反應非常複雜,而 SARS 二世冠狀病毒的不同蛋白質(ORF3a、NSP1、ORF6 等紅字),可以影響許多部分。圖/[參考資料 1]

SARS 二世冠狀病毒非常適應人體,從一開始武漢的原版病毒便已經如此。而一年半後的研究得知:

除了 S 蛋白質的親和性很好以外,病毒進入細胞後,至少還有 10 種蛋白質會影響干擾素的免疫防禦。

一個人的免疫力是先天遺傳,與後天經驗綜合的結果。不同人的干擾素及其他免疫反應不一樣,能部分解釋不同人感染後嚴重程度、傳染能力的區別。假如剛好契合,病毒的殺傷力或傳染力就會更強,反之亦然。

之前研究便指出,干擾素缺陷會增加重症的機率。

不同人的遺傳有別,先天免疫反應有差,可能影響 SARS 二世冠狀病毒感染的嚴重性。例如右上的干擾素受器缺陷,以及攻擊干擾素的自體免疫抗體。圖/[參考資料 1]

而各種突變,也會造成病毒間的差異;有些遺傳組合,會導致更高的傳染力或殺傷力。

傳染力增強的英國總加速師

一年下來,SARS 二世冠狀病毒平均一個月累積 2 到 3 處改變,但是也觀察到少數案例,短時間內累積大量變異,可謂「總加速師」。擁有大量突變的病毒不一定比較強,但是激烈競爭下,強者更容易脫穎而出。

2020 年底,英國、南非、巴西這三個疫情嚴重的地區,以及幾個月後的印度,各自有傳染力增強,配備大量突變的總加速師崛起。

英國的 B.1.1.7、南非的 B.1.351、巴西的 P.1,和印度的 B.1.617.2,最近分別被 WHO 稱為 Alpha、Beta、Gamma、Delta,屬於「高關注變異株」(Variant of Concern,簡稱 VOC)。

SARS 二世冠狀病毒入侵細胞的過程。圖/[參考資料 1]

英國總加速師最初在 2020 年 9 月被察覺,隨後存在感迅速增加,成為英國的主流型號,又入侵世界各地。

定義上,和親近的同類相比,它共有 23 處新突變,6 處不影響氨基酸;17 處影響蛋白質(因此常說是 17 處改變),其中 14 處改變氨基酸,3 處是刪除,少掉短短一段序列。

英國總加速師的殺傷力是否增加,不同分析見解不一,不過公認傳染力明顯變強。S 蛋白質上的變異對病毒入侵有所幫助,現在知道,其他蛋白質的改變也為病毒帶來正面影響。

病毒入侵歲月靜好,干擾素現世安穩

為了比較不同病毒感染的差異,研究者以源自肺部表皮的 Calu-3 細胞株,體外培養測試不同款病毒。和總加速師比較的對象,是英國更早流行的 2 款病毒:IC19 和 VIC。

英國總加速師 B.1.1.7 遺傳序列變異的位置。圖/[參考資料 2]

觀察得知,被總加速師感染的細胞,干擾素 interferon-β(IFN-β)的表現量降低,另外干擾素的免疫效果也變差。兩款前輩中,IC19 也能弱化干擾素的效果,或許是因為它和總加速師的 S 蛋白質都具有 D614 變異,而 VIC 沒有 D614G。

病毒感染後造成什麼影響?分析細胞中的 mRNA、蛋白質表現量,發現多種受到干擾素調控的下游基因(interferon stimulated gene,簡稱 ISG)表現量下降,和預期一致。

有趣的是,分析蛋白質磷酸化程度,得知感染後 10、24 小時兩個時段,磷酸化在早期大幅減低,後來卻恢復原狀。催化蛋白質磷酸化的酵素稱作激酶(kinase),磷酸化程度的改變與激酶有關,顯然也受到病毒影響。

歸納起來,SARS 二世冠狀病毒感染細胞後,會抑制細胞本身先天免疫的作用,讓病毒安心複製,而英國總加速師在這方面更進一步。

加量病毒拮抗蛋白質,弱化先天免疫

總加速師更能抑制干擾素,主要和 2 個非結構性蛋白質有關:Orf9b、Orf6。和前輩相比,Orf9b 的表現量大幅增加,Orf6 小幅增加,它們都能拮抗先天免疫反應。

進一步釐清,影響這些蛋白質的相關突變,似乎不會改變能力,而是增加它們的表現量;拮抗效果增強是由於量變多,而非品質更佳。

增加 Orf9b 基因表現量的一個因素,是旁邊 N 基因的 D3L 突變;Orf6 仍不清楚。除此之外,N蛋白質(nucleocapsid)的表現量也小幅上升,應該也有一同抑制先天免疫的效果。

病毒的 Orf9b 與人類的 TOM70 可以直接結合。圖/[參考資料 2]

病毒的 Orf9b 會影響人類的 TOM70,此一蛋白質是個粒線體受器,牽連干擾素啟動免疫反應的鏈條。Orf9b 上的 S50、S53 兩處位置能直接結合 TOM70,干擾它的作用,弱化先天免疫反應。

病毒的蛋白質 Orf9b 假如被磷酸化,就無法影響 TOM70。感染早期細胞的磷酸化程度降低,使得 Orf9b 可以干擾 TOM70,維持歲月靜好;而感染 24 小時後磷酸化恢復,Orf9b 失去抑制先天免疫的效果,不再現世安穩。

時間上的切換,讓研究者有一個大膽的想法。

沒有被磷酸化的 Orf9b 可以結合 TOM70,拮抗先天免疫反應;磷酸化的 Orf9b 則失去影響力。圖/[參考資料 2]

病毒感染後,先靜後動,提升傳染力

病毒一開始入侵細胞時,希望的是歲月靜好,免疫系統不要吵不要鬧,病毒才能安心增殖。但是隨著病毒增加,下一階段要離開細胞,才能繼續收割新的韭菜。

「先靜後動」的脈絡下,不同時段 Orf9b 的改變很有道理。感染早期不要磷酸化,不啟動干擾素,缺乏免疫反應,病毒趁機悶聲發大財。一天後磷酸化恢復,細胞開始炎上,發炎狀態更有利病毒向外傳播。

「延遲免疫反應」是 SARS 二世冠狀病毒的適應法寶。即使只是武漢的原版病毒,宿主細胞被入侵後,往往也太慢啟動免疫機制,抑制病毒複製。而英國總加速師,更進一步強化這方面的技能,符合其感染者平均較晚出現症狀,也延長傳染時期的觀察。

英國總加速師感染細胞後,Orf9b、Orf6、N 的基因表現量比同類更高,拮抗干擾素先天免疫的能力更好,延遲免疫反應炎上的時間,增加傳染力。圖/[參考資料 2]

現世不安穩,適應的其他可能性

由此可知,傳染力增加不只和 S 蛋白質有關,其他遺傳改變也可能有幫助。然而,就算病毒的傳染更厲害,我們還是可以減少人與人的連結,降低接觸的機率。病毒再強,碰不到人也是沒有用的!

另外我們也可以思考,病毒至少有 10 種蛋白質,能弱化人體細胞本身的干擾素免疫力;英國總加速師更突出其中幾種的角色,只是一條可能的路徑。

其他款傳染力變強的病毒,是否也遵循類似的邏輯?理論上可行,卻還沒有出現過的套路,也許會在未來現身?認識病毒變強的原因,可以找到方法協助細胞抵抗病毒嗎?

延伸閱讀

參考資料

  1. Schultze, J. L., & Aschenbrenner, A. C. (2021). COVID-19 and the human innate immune system. Cell.
  2. (尚未正式發表)Evolution of enhanced innate immune evasion by the SARS-CoV-2 B.1.1.7 UK variant
  3. How a rampant coronavirus variant blunts our immune defences

本文亦刊載於作者部落格《盲眼的尼安德塔石匠》暨其 facebook 同名專頁

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寒波_96
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族群大、傳播強、致死少、很難好,讓武漢肺炎威脅超越流感
寒波_96
・2020/02/26 ・2309字 ・閱讀時間約 4 分鐘 ・SR值 576 ・九年級

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COVID-19(俗稱武漢肺炎)已經造成上千人死亡,此一源於武漢的病毒被命名為 SARS-CoV-2,意思是類似 SARS 的第二種冠狀病毒,本文中接下來談到此病毒,會以 SARS 二世稱呼。

疫情將如何發展,台灣該如何看待?可以用演化的角度推論一番。

怎麼樣才是病毒的理想樂園?

未來充滿變數,預測演化方向十分困難,不過仍然可以參考一些基本原則,玩過「瘟疫公司」的人應該會了解我的意思。

演化的目標姑且簡化為「生生不息,繁榮昌盛」。病毒需要宿主才能生存,假如殺死宿主,自己也會喪命;殺死宿主以前趕快先傳給下一個宿主,是一種解決方法。

不過最理想的狀態,還是完全不殺死宿主,讓每一個可能的宿主都成為病毒的樂園。

現實中病毒不會思考,只會衍生出許多不同的遺傳組合,各自感染許多宿主,接著死掉一些宿主,死掉更多病毒,在競爭中奮力求生,卻永遠達不到理想狀態。

對病毒有利的特徵至少有:

  1. 增加感染力,容易找到新宿主。
  2. 增加防禦力,延長存活時間。
  3. 增加繁殖力。
  4. 降低致死率,或是延後宿主死亡的時間。

病毒會不斷突變,形成不同的遺傳變異,成為天擇作用的原料。病毒族群中擁有有利變異的個體,會由於天擇而增加比例。而族群大小,是影響天擇力量的關鍵之一;族群愈大,天擇力量愈強,有利生存的變異愈容易增加存在感,反之亦然。

病毒的族群愈大,也就是感染的宿主愈多,天擇的力量就會愈強。

病毒會不斷突變,形成不同的遺傳變異,成為天擇作用的原料。圖/kjpargeter@Freepik

SARS二世能感染大量人類這件事,有助於天擇發揮,篩選出對病毒有利的變異,讓病毒更容易適應人類。換句話說,SARS二世感染愈多人類,將愈有機會更適應人類。

和 SARS 相比,SARS二世已經很適應人類了。

它的感染力強大,沒有明顯症狀也能傳染。武漢以外的感染者,似乎超過 70% 沒有嚴重症狀,致死率應該未滿 3%,可能不到 1%。

但是即使死亡率低,需要住院的患者卻也不容易痊癒出院,可以推論SARS二世的防禦力和繁殖力綜合效果還算不錯,沒有疫苗或專屬藥物,患者體內的病毒不容易消滅。

我個人猜測,SARS二世的致死率已經很低,再降幅度大概也有限;傳播能力倒是明顯還有提升空間。不過也不用太過恐慌,強化一項技能的同時,也會帶來某些負擔,比方說防禦和生殖力常常互斥,無死角的零缺點病毒不可能存在。

若是當作普通流感會怎麼樣?

有些人主張,不需要特別理會 SARS二世,把它當作普通流感看待即可。這會發生什麼事呢?

光是想像都覺得恐怖,對吧?圖/GIPHY

假如當作流感處理,鑽石公主號的情況可以讓我們推測可能的狀況。這艘遊輪約有 3000 位成員,與陸地隔離的期間,只有出現症狀的乘客才下船治療;直到十餘天後讓健康乘客下船為止,有超過 600 人感染病毒,儘管沒有死亡,卻有約 5% 重症。

  • 註:本文原文發表於 2 月 20 日,當時無人死亡。累計至今(2 月 26 日)共 3 人死亡,重症率超過 4%。

由鑽石公主號的狀況推論,一旦讓病毒開始散播,隨後又沒有採取比較可靠的防疫措施,只讓嚴重者住院的話,要感染族群中 30% 人口不成問題。

假如台灣毫不在意,從來沒有採取任何措施,只把它當作普通流感看待,那麼有 500 萬人遭到感染,並非危言聳聽。假設重症率 3%,死亡率 0.1% ,將會是 15 萬人需要長期住院,5000 人去世。(註:若是真的發生如此大規模的疫情,此一死亡率應該是低估)

最大的危害是會癱瘓醫療體系,讓病人塞滿醫院。

活著的病患會持續消耗醫療資源,病死或出院不會,但是 SARS二世偏偏不太會殺死病患,又不容易放過需要住院的感染者,而且不嚴加控制,傳染人數將非常多。

這類傳染病最大的危害是會癱瘓醫療體系,讓病人塞滿醫院。圖/jcomp@Freepik

幸運的是,由於台灣政府和民眾對本次疫情的一系列反制,大幅壓制了病毒的傳播範圍,使得上述悲劇不會發生。然而,假如一開始就當作流感,現狀肯定嚴重非常多,超過當年 SARS 的傷害。

不及早採取行動的話,台灣 500 萬人感染聽起來很誇張嗎?來看其他估計。日本北海道大學的西浦博(Hiroshi Nishiura)估計,最糟糕的發展是中國將有 40% 人口,也就是 6 億人感染病毒,其中一半沒有症狀。這個估計比較極端,卻能提醒我們潛在的嚴重性。

另一種冠狀病毒導致的 MERS 死亡率超過 30%,卻一直無法適應人類,使得它出道八年來只感染 2500 多人、862 人死亡。相比之下,MERS 的致死率是 SARS 數倍,SARS 唯一一次疫情的死者數卻不輸 MERS。

SARS 致死率又是武漢肺炎的很多倍,但是後者在傳播上大勝,至今死亡數已經超越 SARS。

傳播強、致死少、族群大,SARS二世的各種特徵綜合起來,使它在適應人類宿主的路上相當有利;但是遠高於流感的重症率和致死率,讓它的殺傷力遠勝流感。

至今 SARS二世對人類整體的威脅,超越 MERS、SARS、流感與大部分傳染病。至少目前仍不能放鬆對疫情的監控。

本文轉載自新公民會議〈武漢肺炎當流感,傷害遠勝SARS?〉 

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