__MAIN_TEXT__

Page 1

科學月刊姊妹刊物

scimonth. com.tw

全方位視野 科技人關懷

1

創刊於1982年

科技報導 S c i Te c h

#469 2021.1月號

Reports

每 月 15 號 出 刊

研議科技部回復國科會, 組織改造能否讓臺灣科學發展更好?

去(2020)年11月,媒體報導行政院將啟動組織改造,預計將2014年才成立的科技部,重新改回國家科學委員 會。大家不免質疑,改回國科會意義何在?並且擔憂科研、科技經費補助上會不會有影響?本次藉由訪談陳建仁、張 善政和陳良基三位歷任的國科會與科技部首長,了解臺灣需要什麼樣的政府機構以及首長,以面對科研、科技與產業 的未來發展。【詳見第2∼10頁】

02 重磅快評

18 生醫先鋒

科技部回復成國科會 臺灣科學發展會更好嗎?

人工智慧 AlphaFold 將破解生物學 50 年難題?解析蛋白質結構的漫漫長路 23 科技人文

11 重磅快評 《特管法》修法下, LDTS 之生物資訊專業該如何把關?

基因編輯技術該怎麼用?諾貝爾獎得主 的呼籲──讀《基因編輯大革命》我思 28 書適圈

16 資訊生活 掌控你的蘋果電腦?

與數據拔河── 人工智慧的應許和限制

科學月刊1月號 【水金九深度科學之旅】上市! 當期介紹請見39版


2

二○二一年一月十五日

科技部回復成國科會 臺灣科學發展會更好嗎? 廖英凱 創刊於公元1982年1月 中華郵政北台字第1461號

科技報導

重磅快評

(與科學月刊613期共同刊載)

非典型的不務正業者、興致使然地從事科普工作、科學教育與科

技政策研究。對資訊與真相有詭異的渴望與執著,夢想能做出鋼鐵人或心 理史學。

執照登記為雜誌交寄 行政院新聞局登記局版台誌字第3034號

去年11月初,媒體報導行政院將

會在1950年創立美國國家科學基

啟動組織改造,預計廢除科技部,

金會(National Science Foundation,

出版者:科技報導雜誌社

回復成過去的國家科學委員會(簡

NSF),是美國聯邦政府支持與贊

發行人:張之傑

稱國科會),並將部分業務移轉給

助科學、工程及技術等學科基礎研

新設立的「數位發展部」。在人事

究與教育發展的獨立政府機構。

訂 閱:全年12期1000元 劃 撥:0018482-3 科學月刊社 主 辦:台北市科學出版事業基金會

執行總監:趙軒翎 總編輯:林翰佐 副總編輯:趙軒翎 蔡政修

布局上,國科會主委預計將由負責

1958年,胡適就任中央研究院院

編輯委員:王文竹 王伯昌 曲建仲 

督導科技業務的科技政委兼任,若

長,在吳大猷的協助下,擬定〈國

李精益 阮明淑 周鑑恆 

組織改造順利完成立法,則2014年

家發展科學培植人才的五年計劃的

林秀玉 林宮玄 邱韻如 

才成立的科技部將成為歷時最短的

綱領草案〉,促成行政院在次年成

部會。

立「國家長期發展科學委員會(簡

江建勳 李武炎 李志昌 

金升光 金必耀 門立中  紀延平 范賢娟 倪簡白  高啟明 高憲章 張大釗  張敏娟 陳妙嫻 陳彥榮  陳鎮東 單維彰 景鴻鑫  曾耀寰 程一駿 程樹德  黃正球 黃相輔 楊正澤 

無論是科技部或國科會,以及

稱長科會)」,由中研院院長胡適

與科技發展密切相關的行政院科技

兼任主任委員,教育部長梅貽琦兼

會報,對我國科學研究、科技發展

任副主任委員。

與產業應用皆影響甚鉅。《科學月

1967年初,「動員戡亂時期國

管永恕 劉宗平 蔡兆陽 

刊》本次訪談了陳建仁、張善政與

家安全會議」成立,下設「科學發

蔡孟利 蔡振家 鄭宇君 

陳良基三位歷任國科會與科技部首

葉李華 廖達珊 廖英凱 

鄭運鴻 韓德生 嚴如玉  嚴宏洋 蘇逸平  特約編輯:陳亭瑋 美術編輯:黃琳琇 業務經理:李金穗 業務助理:廖本翔

長,以了解過去國科會改組成科技 部的原因與影響,以及他們三人對 目前科技部再改組回國科會規畫的 觀點。

展指導委員會(簡稱科導會,現已 廢除)」。科導會建議將長科會的 職權擴大,於同年將長科會改制為 「行政院國家科學委員會」。國科 會是委員會性質,由行政院遴聘政

社 址:臺北市羅斯福路三段77號7樓

務委員、中央相關機關首長(如交

電 話:(02)2363-4910 傳 真:(02)2363-5999

從長科會到科技部

E - mail:scimonth@gmail.com 印 刷:赫偉有限公司

《本刊長期徵稿,請見40版稿約》

通部、經濟部與衛福部等)、研究

科學發展是國家長期實力提升

機構首長(如中研院院長)及學者

的基石,開發完善的國家,無不成

專家組成,具跨部會、跨產官學性

立負責科學發展,擬定國家長期科

質,擁有穩定的經費且專注於學術

學計畫的專屬行政組織。如美國國

研究,是臺灣半世紀以來科學發展


SciTech Reports

二○二一年一月十五日

3


4

二○二一年一月十五日

從基礎研究到商業應用

的基礎。

科技報導

重磅快評

政也提出國科會的一重大任務,就

2006∼2008年間,陳建仁院士擔

關於逾半世紀的國科會與科技部

是要提出國家的科技白皮書,訂定

任國科會主委,彼時行政院開始組

兩組織的主要業務目標,三位歷任

國家長期科技發展策略,絕不能短

織改造的討論,立法委員呂學樟以

首長的觀點相似。陳建仁認為,國

視近利尋求速成。

重視科技發展為由,力主成立「科

科會在看待科技預算與科技發展,

然而,科學知識的探索與科技產

技部」。經過多年討論與協商,於

須從上游的基礎研究、科學發展;

業的應用是截然不同的施政邏輯。

2014年將國科會改制為科技部,由

中游的科學轉譯、將科學化為技

近年來國家的科技預算分配中,最

時任科技政委張善政轉任首任科技

術;下游的技術商品化、產業化,

大宗是科技部以數百億的規模,支

部部長。

三層面並重且銜接。陳良基也認為

持科學技術的研發;其次則是經濟

去年5月,科技部部長陳良基卸

無論以何為名,科技主管機關的三

部技術處也有數百億的規模,支持

任後,由時任科技政委兼科技會報

大關鍵業務,分別是主導國家長遠

產業技術的商業應用。兩種不同施

副召集人吳政忠轉任科技部部長。

的科技發展計畫;協助國家應用新

政邏輯與相關組織如何有效合作,

同年年底,政府宣布預計將科技部

興科技,並妥善分配與審查科技預

成了基礎研究到商業應用是否一氣

改制回國科會,國科會主委由科技

算;以及管理科學園區。此外,科

呵成的關鍵。張善政認為,科技部

政委兼任,具體細節仍規畫中尚未

技的發展從來沒有速成的路徑,應

大部分的司處應聚焦在學術研究的

定案。

著重以數年為期的長期深耕。張善

補助與國家科技預算的管理,不宜

陳建仁 ‧ 最高學歷:約翰霍普金斯大學公衛博士

‧ 部分經歷:中研院院士、世界科學院院 士、美國國家科學院外籍院士、臺大公

衛學院院長、中研院副院長、副總統、 中研院基因體研究中心特聘研究員

‧ 國科會 / 科技部任期:第 12 任國科會 主委,2006/01/25 ~ 2008/05/19


SciTech Reports

重磅快評

二○二一年一月十五日

5

分神處理跨部會協調、跨部會預算

產業開發的聯盟組織,無法單純從

畫則是一種由上而下(top-down)

分配和產業開發。對於科研成果的

學術補助或產業扶植即可完整建

的科研方式,如今日的前瞻建設、

應用,可透過與產業相關的公家法

立,生技醫藥的發展規畫更須仰賴

5G科技,或是早期的防災科技與肝

人協助,如由工研院檢視學術研究

跨越數年的前瞻眼光。

炎防治等,必須由政府擬定重點研

面向學校的學術補助,和以國家

究方向,規畫鉅額專用預算,協調

之力推動的國家型科技計畫,意味

跨部會分工,是一種目標明確志在

但對於更大規模或全新領域的科

著兩種科技發展的方向。陳建仁認

實踐的政策工具。

研發展,陳建仁則強調了「國家型

為基礎研究絕不能少,但也必須同

然而隨著國科會改制為科技部

科技計畫」的重要。國家型科技計

時構思轉化為科技應用的方式。支

後,國家型科技計畫即不再提新興

畫仰賴各部會資源與預算的投入,

持基礎研究的學術補助本質是一種

計畫,陳建仁認為這間接導致基礎

需要一個跨部會的組織,整合來自

由下而上(bottom-up)的科研方

研究的經費減少。科技部也因成為

學術研究上中下游的多方資源。陳

式,目的在持續推動基礎研究,由

一獨立部會,削弱了跨部會協調的

建仁以「生技醫藥國家型科技計

學術研究者自發設想最前瞻的研究

能力,而須仰賴科技政委與科技會

畫」所支持的臺灣特定疾病臨床試

主題,國家更應確保每年有3∼5%

報的跨部會協調機制。張善政與陳

驗合作聯盟(TCTC)為例,TCTC

的經費成長,可視為一種探索未知

良基也認為獨立成部後,並不適合

是一個兼有科學研究、臨床應用與

的科學精神實踐。而國家型科技計

干涉或管理其他部會的科技研究,

的成果,協助大學申請專利或成立 公司。


6

二○二一年一月十五日

重磅快評

科技報導

這可能使科技部反而降低了對全國

不同的組織形式,將導致跨部會運

任交通部長劉兆玄與會,聽取張善

科技發展的掌握程度。

作程度的重大差異。

政簡報網路發展的必要性,而促成

以輔助國家科技發展的目的來

民用連外網路與HiNet的誕生。

說,國科會的職責在評估國家值得

以同樣的經驗看待預計新設的

全國性科技發展的宏觀規畫,與

或有必要發展的科技方向,透過跨

「數位發展部」,則也有可能會遇

轉型成科技部後獨立管轄範圍的衝

部會的委員會,說服其他部會實踐

到類似困境,陳良基認為數位發展

突。揭示了「部」與「委員會」的

科技趨勢。張善政以自身在國家高

部的重要目的,是督管隨數位科技

組織架構上的根本差異。科技部行

速電腦中心擔任主任時,推動臺灣

發展而生的各種數位業務與衍生問

政團隊由部次長與轄下司處首長組

基礎網路建設為例,1992年經濟部

題,如協助政府各部會處理影響甚

成,預算由行政院決定,立法院通

成立SEEDNet網路提供工商業界使

鉅的資安問題。張善政則認為每一

過,是獨立行政運作的單位。但國

用,但電信業者未提供連線國外的

個部會都與數位息息相關,不可能

科會的委員會形式,委員由與科技

服務,而電信服務管理的主管機關

將數位業務獨立成部,例如智慧交

相關組織的首長組成。國科會主委

是交通部,也尚不理解網路基礎建

通與智慧醫療等專業業務,應讓既

定期召開跨部會會議,具有與各部

設的重要。當時國科會主委郭南宏

有交通部及衛福部主責,數位主管

會保持密切關係的正式管道。兩種

即以國科會的委員會機制,邀請時

機關則應以跨部會,由政委督導的

部與委員會的權責差異

張善政 ‧ 最高學歷:康乃爾大學土木環工博士

‧ 部分經歷:臺大土木系教授、國家高

速電腦中心主任、國科會企劃考核處

處長、Google 亞洲硬體營運總監、科 技政委、行政院院長、行政院副院長

‧ 國科會 / 科技部任期:科技政委轉任

第 一 任 科 技 部 部 長,2014/03/03 ~ 2014/12/08


SciTech Reports

重磅快評

二○二一年一月十五日

7

「委員會」編組形式,擬定國家長

技部長並不適合審查其他部會的經

會也各有40多億規模的運算,負責

期數位發展計畫,協助各部會處理

費運用方式,但若是以代表行政院

各自業務範圍內,例如疫苗開發、

數位業務。

的角度時,比較適合對各部會科研

傳染病防治、食品安全與農業育種

從國家科研經費分配的角度來

計畫做整體規畫。這導致雖然科研

等的科技研發。對於大學端的研究

看,國科會或科技部因其具有的科

經費會分配到部分部會,但理應管

者來說,陳良基認為雖近年全國的

理經費運用的科技部,不盡然能善

科技預算有增加,但增加的部分多

盡管理責任。

支持其他部會的研究計畫,導致科

技專業,負有為行政院審查或管理 科技預算的重大任務。張善政認為

技部本身的經費持平,當考量物價

科研經費的分配與管理,取決於科 技政委和科技部的分工,科技政委

不是科研的科研經費

成長與立法院統刪預算時,就會使

應負責「政策審查」,判斷政策上

由於國家的科技預算並非全由科

學術研究者的科研經費受到影響。

某一科技方向是否應該投入發展;

技部或國科會所使用,以108年科

此外,當制度上使科技主管機關無

而科技部則負責「技術審查」,對

技預算案為例,科技部約使用420

法善盡宏觀的管理之責時,將致使

於政策上已確認執行的科研計畫,

億,其次為經濟部使用280億科技

計畫零碎重複而虛耗資源,長期性

評估合理與可負擔的支持經費。陳

預算著重於產業開發和技術商轉,

的科研計畫也難以延續銜接,經費

良基則認為在科技部的架構下,科

中研院使用110億,衛福部與農委

濫用的情形也會隨之出現。


二○二一年一月十五日

8

從過往公開在網路上的資訊也發

科技報導

重磅快評 科技發展的雙頭馬車

研院院長、相關部會首長與相關產

現,有數個中央三級機關的機關內

國家型科技計畫的中止與科技預

學代表擔任委員,提供國家科技發

科研計畫或科技預算編列,雖名為

算的濫用,代表宏觀規畫與管理科

展決策諮詢及專業建議,並下設

科技研究,但實則為該機關公關使

技研發的機制失靈。既有組織設計

「科技會報辦公室」,處理各項幕

用、新媒體經營,或是委外設計政

上,僅存科技政委與科技會報能有

僚事務。

令宣導圖文等,且該機關或計畫也

協調各部會的高度。

不屬科技部管理。雖說政策施行需 要必要的政策行銷,與科技有關的 政策推動,也會仰賴科學普及與傳 播等方式來做政策溝通。然而科技 預算是否適用於政策行銷,又能到 何種程度?對於非科技部的其他部 會,又該如何以科研為前提來審查 管理預算?讓科技經費有效運用在 合適的地方,是接下來不論是科技

分析科技部、科技政委、科技會

科技政委可視為行政院長在科

報和科技會報辦公室,則可見此四

技業務上的代理者,負責督導科技

單位/職位在制度設計對管理與規

部、經濟部(科技)、教育部(產

畫國家科研發展的缺陷設計:

學研)、國防部(產業)與智慧機

• 科技部擁有最充足的人力,且長

械等業務。科技會報則是設置於行

期專司科研經費分配和管理,但

政院,由行政院長擔任召集人,科

獨立為部後僅能管理所屬研究單

技政委及中央科技主管機關首長

位和研究計畫的資源分配。

(如科技部)兼任副召集人,有中

• 科技政委擁有協調部會的高度,

部或是國科會,都無法再逃避的問 題。

陳良基 ‧ 最高學歷:成功大學電機博士

‧ 部分經歷:臺大電機系講座教授、臺

大副校長、世界科學院工程科學獎、

工研院電子所所長、國家實驗研究院 院長、教育部次長

‧ 國科會 / 科技部任期:第四任科技部

部 長,2017/02/08 ~ 2020/05/19, 任期最長科技部長


SciTech Reports

二○二一年一月十五日

重磅快評

9

但僅督導四個部會,並非所有與

仁提及在國科會主委任內,與時任

規畫,張善政認為這是一種「大科

科技研發有關的部會。

科技政委林逢慶的密切合作;張善

技部」思維,認為科技太過於重

• 科技會報與其辦公室有協調部會

政也強調科技部長任內時,與時任

要,因此將科技事務由一獨立部會

的高度,涉及部會也最多,負責

科技政委蔣丙煌的交情而促成政務

包辦。然而,所有的部會都需要科

審議國家科技政策與重大科研計

上的良好搭配。

技,科技發展也需要所有的部會,

畫。但陳建仁認為科技會報的本

因此,縱然處理的是探索未知

獨立成部的組織形式,反而阻礙了

質為院長的幕僚,其編製規模不

前沿的科技業務,但政通人和仍是

科技發展的群策群力,而不利於科

足以管理全國科技預算,也缺乏

科技主管機關的首長不可或缺的能

技發展。

協調的功能。

力。更重要的是從制度上讓科技主 責機關,既有謀策科研的前瞻性,

在制度有所不足的狀況下,艱鉅 的國家科研規畫,仰賴科技部(國 科會)首長與科技政委的密切合

亦有協調各部會的高度,還要能輔 佐各部會研發應用科技,與管理全 國科技預算的能力。

可能因此弱化國家科研實力。陳建

討論,陳建仁、張善政與陳良基三 位歷任首長均支持應回復國科會形 式的跨部會委員會編制,且由國科 會主委兼任科技政委。陳良基認為 恢復國科會形式的重要差異,是能

作。若部會首長與科技政委的合作 不夠流暢或有施政理念衝突時,很

因應本次科技部改組回國科會的

誰來帶領國家科技發展? 過去將國科會改制為科技部的

把中研院、大學校長等地位超然的 卓越學術研究者找進政府的科技決


10 二○二一年一月十五日

科技報導

重磅快評

策體制中,短期來看各部會看似會

要能在國會殿堂講道理講到通;

穩定的經費投入。無論未來科技主

減少科研相關的政績,但長期來看

(4)具有國際觀,開創與領導跨

管機關的命名為何,無論國家科技

對國家科技發展有利。張善政則主

國合作的能力。作為一個理想領導

政策的野望如何迭代,期許我國未

張可以考慮把科技會報併入國科會

者的信念,陳建仁也引用教宗方濟

來的每一任科技首長,洞悉科技發

中,但強調科技首長應充分尊重學

各的話:「好的領導者都要像一

展的進程,克服部會協調的艱難,

術界,且具有跨部會協調的耐心與

個好的牧羊人,要沾染羊群的氣

持守科學的本質,莫忘科學發展的

身段。

息」,科技首長要能照顧到各領域

漫長獨行與無用之用。

陳建仁則認為科技首長應具備

的學術研究者,還要能代表學界與

四項特質:(1)掌握科技,理解

社會溝通,排除科技發展的阻礙,

基礎研究、技術開發與產業製造的

解決科技發展的危害。

關鍵,了解不同科技發展趨勢和需

回到科技發展核心的基礎研究,

求;(2)善於溝通協調,能理解

經濟合作暨發展組織(OECD)定

不同部會的需求與原因;(3)能

義,基礎研究的工作,是為了獲得

在立法院捍衛科技預算,不僅捍衛

新知識,並無特定的應用目的,

所屬科技法人、研究單位的預算,

是研究者在未知前沿領域的自由探

還要能捍衛其他部會的科技預算,

索,不易有短期成效,而仰賴長期

延伸閱讀

1. 楊翠華,〈胡適對臺灣科學發展的推動:「學 術獨立」夢想的延續〉,《漢學研究》,第20 卷,第2期,2002年。 2. 監察院,〈國家型科技計畫將於 107 年告終 我國重大科技政策之推動及延續性有待追蹤 觀察〉,https://reurl.cc/e8RvEx,2017年8 月10日。 3. 科技部,〈近年來中央政府科技預算編列 用途分析及審議作業機制調整之研究〉,

https://reurl.cc/5qjkG6,2018年。


SciTech Reports

二○二一年一月十五日

重磅快評

11

《特管法》修法下, LDTS 之生物資訊專業該如何把關? 陳倩瑜

臺灣大學生物機電工程學系教授

最近,實驗室開發檢測服務 (Laboratory Developed Tests and Services, LDTS)納入《特定醫療技 術檢查檢驗醫療儀器實行或使用管 理辦法》(簡稱《特管法》)中規 範的修法,在人員資格要求部分, 引發醫檢師與生命科學

生物科技

相關領域雙方的論戰。然而,其中 一句「第三類是研發、分析、校 正、生物資訊處理人員,這類人員 至少要有生科相關科系背景」,也 引起生物資訊社群的廣泛討論。 (123RF)

根據衛生福利部常務次長石崇 良在去(2020)年12月16日的說 明,LDTS操作人員的資格將分為四

第四類:核發報告人員,須具醫師 或醫檢師資格。

類: 第一類:實驗室品質主管,須具醫 師或醫檢師資格; 第二類:技術操作人員,須具醫檢

資訊處理人員,至少須生 科相關科系背景;

法)。

第三個類別牽涉到「生物資訊處

第一個法規為2018年12月17日發

理人員」,嚇壞許多人。要理解整

布的《精準醫療分子檢測實驗室檢

個故事,需要先瞭解一下背景。

測與服務指引》,這個指引不長, 有興趣的朋友可以花時間看一下。

師資格; 第三類:研發、分析、校正及生物

整件事牽涉到兩個法規(指引或辦

LDTS人員資格爭議

其中在第二條名詞解釋部分,針對

從何而起?

LDTS 有其定義。

首先,從政府法規面來看,這

「實驗室開發檢測與服務


12 二○二一年一月十五日

(Laboratory Developed Tests and

附表四

S e r v i c e s , L D T S ):本 指 引 所 稱

項目名稱

LDTS,係指實驗室使用自行建立之 分子檢測方法,並利用該方法給予

科技報導

重磅快評

一、抗癌瘤藥物之伴隨測驗

檢測結果,作為服務之用,其結果 直接或間接使用於臨床用途。」 該指引的第四條也明確指出,

二、癌症診斷、治療及預後相關基因檢測 三、產前及新生兒染色體與基因變異檢測

LDTS技術項目分類類別包含 「生物資訊分析(Bioinformatics Analysis)」。

四、藥物不良反應基因檢測 五、罕見疾病用藥基因檢測

第二個法規就是前述提到的 《特定醫療技術檢查檢驗醫療儀

六、病原體鑑定、毒力及抗藥性基因檢測

器施行或使用管理辦法》(《特管

衛生福利部 2020 年 4 月 6 日公告之「特定醫療技術檢查檢驗醫療儀器施行或使用管理辦

法》),目前最新修正日期為2018

法」修正草案,附表四「實驗室開發之檢測項目」。

年9月6日。這個《特管法》的法規 內容挺長的,原本應該不會受到生 物資訊人員注意,但去年4月預告的 修正草案,讓LDTS與《特管法》產 生了交集。根據衛福部公告的《特 管法》修正草案預告,針對「醫療 機構施行特定實驗室開發檢測」, 明示了以下應遵行事項: (一)醫療機構施行定於附表四之 實驗室開發檢測項目,其施 行計畫行政院公報 第026卷 第064期20200409衛生勞動

檢測報告用途限制。(修正

或醫事檢驗師資格,且有臨床

條文第三十九條、第四十

檢驗品質管理經驗二年以上。

條) (四)醫療機構與認證實驗室停止

三、 核發檢測報告人員:一人以

(修正條文第四十一條、第

上,且具專科醫師或醫事檢驗

四十二條)

師資格,並得由前款人員擔

(五)醫療機構補正施行檢測之資 格、條件限期。(修正條文 第四十三條) 其中第一點所提到的「附表四」

療儀器施行或使用管理辦法

如上圖所示,包含六大類不同的檢

修正草案總說明書應載明事

測項目。

條)

具醫事檢驗師資格。

或終止施行檢測之情形。

篇特定醫療技術檢查檢驗醫

項。(修正條文第三十六

二、 檢體操作人員:一人以上,且

其中,與這次事件最相關的法條 是修正條文第三十八條:

任。 前項所定人員,應完成中央主管 機關公告之訓練課程及時數,並取 得訓練單位發給之證明。」

醫檢與生科資格之爭 自此,各方開始挑戰檢體操作人 員的資格問題。

(二)施行檢測實驗室條件及操作

「第三十八條 前條受醫療機構委

《科技報導》就曾在去年11月號

人 員 資 格 。( 修 正 條 文 第

託施行檢測之認證實驗室,應置下

467期,刊登由臺灣大學研發處產學

三十七條、第三十八條)

列專任人員:

合作總中心新創組長高啟明,所撰

一、 品質主管:一人,具專科醫師

寫的文章〈淺談《特管法》修法所

(三)檢測報告內容、保存年限及


SciTech Reports

重磅快評

二○二一年一月十五日

13

引發的人才聘用爭議〉。其中就提

技術員。但此規畫受到醫檢產業工

礎,在面對大量數據、資訊的情況

到在公告的《特管法》修正草案當

會等團體的質疑。

下,更需要在基因定序之後了解這

中,LDTS實驗室專職技術人員在修

比較值得注意的是,在各界

些得到的數據該如何校正,資料該

法後只能由醫師或醫檢師擔任,但

討論操作人員的資格問題時,

如何分析。這些工作也已超過一般

目前多為生命科學

生物科技相關

與次世代定序(Next-Generation

醫檢、生科領域的範疇,而是需要

背景畢業的人擔任技術人員。也是

Sequencing, NGS)資料分析相關

生物資訊領域的碩士或博士訓練,

這個因素,挑起目前醫檢領域與生

的生物資訊專業開始受到注意。次

甚至得透過許多實務上的經驗累

科領域在此議題上的論戰。

世代定序的技術,使我們能更快

積,才得以完成這些任務。

去年9月,衛福部進行《特管

速獲取生物體的基因序列,讓基

法》修正草案研商會議後,針對前

因體研究得以加速發展,也帶來

述修正條文第三十八條提到的專任

了精準醫療的可能性。在基因線

人員資格進行討論。希望能夠開放

上Geneonline的〈新興檢測該由誰

「生物、醫學相關系、所、院學士

操手?特管辦法如何打造多贏策

最後於12月得出的最新版本,也

以上學歷,並完成中央主管機關公

略?〉文章中提到,相較於一般的

是目前衛福部表示取得多方共識,

告之訓練課程及時數,取得訓練單

臨床醫學檢驗,次世代定序除卻在

預計最快於2021年初宣布,將LDTS

位發給之證明」者擔任LDTS實驗室

實驗設計上更需要分子生物學的基

人員資格畫分為四類,如文章開頭

加上了生物資訊, 是好是壞?


14 二○二一年一月十五日

所列。

科技報導

重磅快評 或工具

錄體或蛋白體等)相關技術或生物

我們對照4月份的條文內容,可

• 撰寫程式串接第三方開發的生物

資訊的訓練納入必修。這不僅突顯

以發現「第三類是研發、分析、校

資訊工具或實驗室自行開發的客

法規與實際需求之落差,還意外限

正及生物資訊處理人員」是多出來

製化分析工具

縮了資訊工程人才投入實驗室開發

的,突顯在實驗室開發檢測項目

• 使用測試資料(Benchmark)預估

中,其實有很多非傳統臨床檢測的

分析結果的靈敏度(Sensitivity)

工作項目。原本,這樣的發展是令

與特異性(Specificity)

人期待的,這理應讓生物資訊專業 人員感到開心,但修法草案認為這 類人員至少要有生科相關科系背

• 建立與存取資料庫 • 建置適合操作人員執行分析的使

如果《特管法》想規範的是檢測 過程的「操作人員」,那我們要探 討的就是這第三類人員操作生物資 訊分析的能力;生物資訊人員在基 因檢測操作流程,可能需要執行許 多開源軟體、實驗室自行開發撰寫 的程式或其他廠商開發的生物資訊

生物資訊的跨領域本質 臺灣從2000年開始增設不少與 生物資訊和系統生物學相關的跨領

用者介面

學位學程或系所,因其跨領域的本

上述操作涉及計算生物學與資訊

質,這些學程或系所的師資通常來

工程之專業技術,而且往往需要面

自各學院,例如:生科學院、生農

對高通量定序技術所產生的龐大資

學院、電資學院、理學院或工學院

料,此修正草案要求第三類人員要

等。也因相關技術在基礎醫學與臨

有生科相關科系背景,是否忽略了

床醫學研究之強烈需求,許多醫學

這些工作背後可能包含大量的資訊

院或公衛學院的系所也增設跨領域

工程技術?

課程,強化同學在資料分析與程式

景,卻意外排除資訊背景的生物資 訊人才。

檢測項目之就業意願。

當LDTS選擇使用像是NGS這樣

撰寫之能力。

的高通量技術時,這不像傳統的基

這些學程或系所在規畫課程的時

因檢測,一次只看一個變異點位。

候,為顧及同學們背景的多樣性,

• 定序資料檔案的儲存與管理

而是每個檢體將產生成千上萬的變

通常會要求生科背景的學生必修生

• 定序資料的品質分析

異點位,再依臨床想回答的問題,

物數學或計算機概論;要求理工背

• 定序資料與人類參考基因序列的

使用生物資訊分析工具篩選其中相

景的學生必修基礎生物學或生物化

關的資料,轉換成檢測報告所需要

學;共同必修則涵蓋程式設計、生

的答案,進而輸出成檢測報告。

物統計、資料科學、生物資訊與系

工具,以利完成以下任務:

比對 • 偵測個體變異的存在

簡言之,LDTS要順利走入臨

統生物學等異質數據分析能力。新

床,將不僅需要醫師、醫檢師、生

興科技如次世代或第三代定序技

科背景的研發或操作人員,也強烈

術,及其衍生的各種多體學資料

需要資訊背景的跨領域人才。我們

分析,則得依賴學生到不同實驗室

再看一次最後拍板定案的四類LDTS

進行技術實習,才能快速累積最新

如果《特管法》還進一步規範實

操作人員,發現非醫檢師的生科背

生物技術實作與分析能力,在進行

驗室負責開發檢測產品的生物資訊

景從業人員,被期待執行第三類

碩博士論文研究的時候,得以跟上

「開發人員」,其工作項目可能包

的「研發、分析、校正及生物資訊

國際腳步,發表高影響力的學術論

含:

處理」等工作,但許多生科相關科

文。這些碩博士畢業生在求學期間

• 評測與選用最合適的分析演算法

系,並沒有將多體學(基因體、轉

養成之專業,是臺灣開發LDTS之最

• 去除定序資料雜訊的干擾 • 提供個體變異是否與疾病或用藥 反應相關的可能註解 • 相關資料庫的比對


SciTech Reports

重磅快評

二○二一年一月十五日

15

效與存活率的檢測產品。有時候,

如果是開發人員,應強調生物資訊

跨領域的技術整合往往才是LDTS是

專業與背景之養成,包含程式撰

否能突破現有技術瓶頸之關鍵。也

寫、資料庫的建立與存取、連結公

因此,我們期待政府在立法幫助實

開資料庫、次世代或第三代定序資

驗室建立管理品質系統的同時,能

料與多體學資料分析等。除了實驗

取而代之的是學生自主性地學習各

以更開放的思維考量實驗室操作人

室的認證外,還須搭配資訊軟體的

種所需技能,其專業可能來自不同

員的資格問題。

認證或操作與開發人員的證照或研

佳戰力。

讓生資人才成為LDTS的助力 很顯然地,LDTS所需之專業, 並非單一系所的課程訓練能概括,

學院。

建議將LDTS中與生物資訊相關

近年來AI科技也開始深入生命科

的操作人員和開發人員獨立出來討

學研究與生技產業,預期將結合大

論。如果是操作人員,限制生科背

數據進行機器學習的模型建立,或

景是否有其需要?完成中央主管機

運用特徵分析來選取生物標記,來

關公告之訓練課程及時數,並取得

開發與疾病風險評估或預測治療成

訓練單位發給之證明可能已足夠。

習課程,才能為LDTS中不可或缺的 生物資訊分析進行把關,維護受測 者的權益。

(123RF)


16 二○二一年一月十五日

科技報導

資訊生活

掌控你的蘋果電腦? 洪朝貴

朝陽科技大學資訊管理系副教授。

蘋果公司(Apple Inc.)最近推

塔用戶陸續發現開啟任何應用軟體

款進行監視追蹤,透過iCloud會更

出的麥金塔作業系統macOS Big Sur

都超級緩慢。當然,蘋果很快就把

簡單精準許多。我也同意這個「功

(macOS 11),默默地讓蘋果本身

伺服器端的問題修理好了。但是且

能」的主要目的並不是要監控用

的應用程式繞過了用戶設定的VPN

慢,為什麼在自己的Mac上執行程

戶,但我認為它也不是設計來保障

與防火牆。採用VPN的效果之一,

式,會跟蘋果的伺服器有關呢?

用戶的安全。

就是可以讓遠方的網站不知道你真

這是因為蘋果有個「線上憑證狀

實的IP

地理位置;而防火牆則可

態協定」(Online Certificate Status

以進一步用來完全阻斷電腦內的軟

Protocol, OCSP)機制,每當你開

體與遠方網站的訊息傳遞。使用這

啟一個應用軟體,你的Mac上有一

兩個功能,用戶會以為自己電腦上

個「警衛服務」(trustd)會通知蘋

的隱私受到保護,就像是拉上了窗

果的「看門人」(Gatekeeper)伺

簾或關上了大門一樣安全。蘋果允

服器:「有某某軟體作者所寫的程

許此功能之際,卻又令人費解地授

式被啟用了」。

予自身的應用軟體特權,繞過用戶 已關上的窗簾與大門。

蘋果宣稱這個通知的目的,是 讓蘋果可以檢查用戶是否執行到

那些年, 蘋果可以監控用戶的管道 蘋果的確有太多其他的管道可以 更詳盡、持續地監控用戶,根本不 需要透過前述粗糙的OCSP資訊。 舉例來說,基於非對稱式加解密、 原本可以很安全的iMessage,卻因 為不良的設計而開啟了中間人攻 擊的大門(請圖片搜尋「imessage

更奇怪的是,蘋果從未向用戶

那些憑證已被撤銷的程式。而它

man in the middle attack」)。這個

公告此事。相關問題研究人員早就

傳遞的資訊則包含程式作者身份

錯誤不像是疏失,更像是刻意安插

向蘋果反應,蘋果也置之不理。此

(Hash),但並不包含用戶的個資

的後門,因為它比正統的安全做

外,《iThome電腦周刊》有報導

(如使用者Apple ID);至於連線

法複雜許多,卻失去了端到端加

相關技術關鍵詞;也有人試著於網

時間及IP位址則是蘋果必然看得到

密(End-to-End encryption)的意

路上分享解決方案(詳見「Whose

的資訊,可以據此查出電腦所在城

義。奇怪的是,蘋果從未正面回應

computer is it」一文)卻麻煩且不

市、網路服務商等等資訊。此舉疑

資安專家早在2013年對此提出的質

完整,像是會讓iMessage無法傳遞

似侵犯隱私,引發諸多抗議,蘋果

疑,也從未完整修掉這個「臭蟲」

事後也承諾未來將不記錄IP位址。

(bug)。事實上「國旗攻擊事件」

附加檔案。不過以上皆為技術細 節,本文想探討的主要是蘋果電腦 長期以來的神秘態度。

有人幫蘋果說話,認為「想要

就證明了蘋果一直在監控用戶的

藉此追蹤用戶執行應用軟體的一舉

iMessage通訊內容,才有辦法攔截

一動」這種說法不切實際。簡單地

我國的國旗。

蘋果版OCSP引發的資安爭論

說,這個技術約略可以做得到此

另一個更輕鬆的管道,則是每位

2020年11月12日,也就是在Big

事,但得到的結果並不精確;相較

蘋果用戶幾乎天天都在用的iCloud

Sur作業系統上市不久,許多麥金

之下,如果蘋果真的要違背隱私條

服務──透過iCloud雲端在iPhone


SciTech Reports

二○二一年一月十五日

資訊生活

17

與Mac間傳送檔案,雖然物理上可

允許輕易拒絕這個機制,而且蘋果

體,竟然還是獲得了蘋果電腦的數

能僅有短短十公分的距離,實際上

希望可以在五分鐘之內快速下架特

位簽章,為什麼?

資料可能旅行了半個地球之遠。

定應用軟體。如果採用正常的資安

行文至此,如果你還是選擇相信

更不用說許多人入手iPhone的第一

通告與自動更新機制,那麼用戶就

蘋果是正直的、沒有惡意的、以客

天,就採用了iCloud這個最便利的

可以自由修改自己電腦的清單、自

戶利益為上的,和值得信賴的,那

管道,來備份所有的電話簡訊與

行決定是否接受蘋果的判斷,就有

我也只能聳聳肩停止扭轉蘋果用戶

iMessage通訊紀錄。然而美國霍普

可能做出不符合蘋果期望的決定。

「宗教體驗」的努力。但至少蘋果

金斯大學的資安教授格林(Matthew

11月12日事件的奇異特性,顯示蘋

用戶應該要知道:一步一步地,你

Green)指出:這些備份資料的解碼

果版的OCSP很可能是用來管制言

的Mac電腦將越來越像是iPhone。

金鑰握在蘋果手上,不是用戶的手

論,而非保護資訊安全的機制。

我說的不是功能,而是自主權:蘋

上。如果按照正確的資安設計,金 錀真的是在用戶手上,而不是在蘋 果手上,就不可能出現像是「貴州 雲上可以查看中國所有蘋果用戶通 訊內容」的恐怖新聞了。

果的主控權已經一腳卡進你的Mac

蘋果於言論控管的 「黑紀錄」 難以置信嗎?對於關心蘋果相 關新聞的人來說,這並不意外。早 在2011年,蘋果就曾經申請了一個

言論管制、封鎖資訊

「可以讓演唱會或展覽主辦單位用

才是OCSP真正的用意?

紅外線禁止現場iPhone攝影」的專

回到前面的討論,OCSP到底有

利。蘋果一向對員工的資訊流通嚴

什麼功用?如果真如蘋果宣稱關心

格控管,甚至有員工以「蘋果蓋世

的是用戶安全,它大可以像linux

太保」稱呼內部控管洩密事件的監

系統一樣,透過資安通告及自動更

督人員。至於對用戶的言論控管與

新,讓用戶的Mac取得最新的有效

資訊封鎖,除了與其他同業相當的

憑證清單,進而得知哪些軟體作者

iTunes DRM防盜版控管之外,更還

的憑證已被取消。這不僅可以避免

有噤聲普立茲獎得主與下架批評蘋

用戶的隱私疑慮,也可以大幅減少

果的電玩等等多項不良記錄。

不必要的網路流量。畢竟取消憑證

2007年被發現的iTunes更新「漏

這件事,不會經常發生,何必每五

洞」,歷經數年資安專家的疾呼,

分鐘確認一次(此事件後,蘋果改

蘋果一直默默地忽略它,直到2011

成每十二小時)?

年維基解密向大眾揭露:這個「漏

最合理的解釋,我認為其實是言

洞」被惡意軟體「finfisher」用以入

論管制、封鎖資訊。11月12日的事

侵用戶電腦,蘋果才把它封起來。

件,很明顯地曝露出蘋果的想法:

而這款德國公司所開發、專門賣給

用戶不需要被告知哪些開發者為了

各國政府用以入侵異議份子手機,

什麼原因而被撤銷憑證、用戶不被

且並未在app store市集上架的軟

OS大門──或該說是後門? 蘋果現在可能並沒有什麼進一步 的奇怪動作,但你會需要知道:你 的蘋果電腦不是你的。你將越來越 無法掌控你的蘋果電腦。反過來, 即將透過Mac OS掌控你的, 是蘋 果電腦。

延伸閱讀

1. 研究人員指控:蘋果在macOS Big Sur中的VPN 與防火牆擴充框架排除了逾50款自家程式 https://www.ithome.com.tw/news/141175 2. Whose computer is it? https://tinyapps.org/blog/202010210700_ whose_computer_is_it.html 3. 伺服器蒐集Mac App資料?蘋果否認 https://www.ithome.com.tw/news/141150 Gatekeeper 4. iCloud: Who holds the key? https://blog.cryptographyengineering. com/2012/04/05/icloud-who-holds-key/ 5. Your Computer Isn't Yours https://sneak.berlin/20201112/yourcomputer-isnt-yours/


18 二○二一年一月十五日

科技報導

生醫先鋒

人工智慧AlphaFold將破解生物學50年難 題?解析蛋白質結構的漫漫長路 朱利亞

清大生物資訊與結構生物研究所博士,現為英國The Francis Crick Institute博士後。

2020年末尾,以AlphaGo創下聲

解析蛋白質結構的主力

度的蛋白質,得到適合的晶體收

名的DeepMind公司發表人工智慧

「繞射現象」是光束被一連串

集數據。透過電腦運算將蛋白質

「AlphaFold」第二代蛋白質結構

規則排列的障礙物散射後,散射後

晶體的繞射圖譜進行傅立葉轉換

預測軟體,參賽挑戰在短時間內

的光經過相長性與相消性干涉,可

(Fourier transform),並模擬出三

預測出蛋白質的結構,在準確度

以得到一個特別的「繞射圖譜」;

維空間的電子雲密度圖。根據得到

評比(Global Distance Test, GDT)

由於X光的波長接近原子間的鍵長

的電子雲密度圖,以及蛋白質的胺

高達92.4,獲得眾所矚目與期待,

(約10奈米)因此其繞射圖譜就可

基酸序列,便可以建立出蛋白質的

被認為有機會成為「結構生物學」

以用來觀察分子的結構。

模型。根據「蛋白質數據資料庫」

(Structural biology)的新世代突

1913年,布拉格父子提出了布

(Protein Data Bank, PDB)2020年

拉格定律(Bragg’ s Law),描述

的統計,X光結晶學目前仍為解析

蛋白質作為生物運轉的重要分

X光繞射角度和晶體原子間距離關

蛋白質結構的主要方法(圖一)。

子,結構生物學解析其立體功能結

係。這個定律也開啟了X光結晶學

核磁共振(Nuclear Magnetic

構,對於理解生物體運作非常重

的大門。利用X光繞射圖譜解析蛋

Resonance, NMR),是指對固定磁

要。然而,要預測蛋白質結構有理

白質結構的方法需要高濃度與純

場的原子外加電磁波能量後,原子

破。

論上的困難,過往主要以「眼見為 憑」(Seeing is believing)的方法 來進行研究。 回溯到16世紀末,顯微鏡發明以 後,人們便開始探索肉眼看不到的 微觀世界。1895年,德國科學家倫 琴(Wilhelm Röntgen)進行陰極射 線管的實驗,偶然發現了X射線, 這個發現不但促使醫學的進步,科 學家們也開始利用X光去觀察小分 子的結構。

圖一:「蛋白質數據資料庫」(Protein Data Bank, PDB)統計歷年提交的蛋白質結構使用 的解析方法。(RCSB PDB, rcsb.org)


SciTech Reports

生醫先鋒

二○二一年一月十五日

19

的自旋方向會翻轉的現象。利用氫

析度的立體影像。2013年由於電子

本(PDBj),負責審核、註解與提

原子受到周圍其他原子的影響而改

感測器技術的突破,利用Cryo-EM

交世界各國實驗室所提供的蛋白質

變其吸收能量的頻率,我們可以推

可以產生超高解析度的立體影像

結構數據。這些實驗數據是蛋白質

測氫原子周圍可能的化學基團並預

(圖二)。2020年,劍橋大學的團

結構預測、藥物設計,以及蛋白質

測出可能的胺基酸。核磁共振技術

隊利用Cryo-EM得到了超高解析度

工程等研究的重要基礎。

相較於X光結晶學的優點是不需要

的原運鐵蛋白(apo-transferrin)結

將蛋白質進行結晶,可以測得蛋白

構,其解析度為1.22 Å(Å為長度單

質在水溶液的狀態下,更接近生理

位,1 Å = 10-10m = 0.1 nm) 。

狀態的構型。

透過Cryo-EM的技術,我們可以

AlphaFold預測蛋白質結構 最近在《自然》(Nature)期刊 上轟動的一則新聞,是關於人工

NMR雖然可以準確的測得蛋白

解析大分子量的蛋白質以及巨大的

質在水溶液狀態下的構型,但當蛋

蛋白質聚合物的結構,超高的解析

第二代蛋白質結構預測人工智慧

白質的分子量增加,NMR圖譜的複

度也可以用來觀察蛋白質分子與小

(AI)程式「AlphaFold」,在第

雜度也會增加,除了訊號重疊的問

分子化合物的結合結構,Cryo-EM

14屆的蛋白質結構預測技術的關鍵

題,分析圖譜所需要的時間與人力

也在近年來逐漸成為蛋白質結構解

測試(CASP14)競賽中,從146

也相對的增加。因此,NMR主要運

析的主流之一。

個團隊中脫穎而出,在準確度評比

智慧公司DeepMind公司所開發的

用在解析分子量較小的蛋白質結構

經由前面所述的技術,科學家們

(< 80 kDa),與X光結晶學一樣為

得以解析出來自於不同物種、不同

結構生物學主要的技術。

功能的蛋白質結構。1971年,漢彌

GDT主要評測的是預測蛋白質

爾頓(Walter Hamilton)建立「蛋

結構的胺基酸中,位置與正確位置

冷凍低溫電子顯微鏡

白質資料庫」(Protein Data Bank,

差異在固定距離內的胺基酸所佔的

技術突破

PDB),目標是收錄各實驗室解析

比例,比例越高代表預測的結構越

出的蛋白質結構,並作為開放平台

準確。GDT分數高於90分的預測結

將資料提供給大眾。2003年,PDB

構,已經可以與實驗測得的結構相

成為了國際性的組織「全球蛋白質

比擬。這項突破也意味著,將來電

資料庫」(Worldwide Protein Data

腦預測蛋白質結構也許可以和X光

Bank, wwPDB),其成員包含了歐

繞射、NMR或Cryo-EM成為結構生

洲(PDBe),美國(RCSB)與日

物學研究的主要工具之一。

2017年的諾貝爾化學獎頒給了 冷凍低溫電子顯微鏡(Cryogenic Electron Microscopy, Cryo-EM)。 Cryo-EM利用加速電子束打到不規 則排列的蛋白質樣品上,電子受 蛋白質分子的影響產生散射,散射

(Global Distance Test, GDT)中獲 得92.4的成績。

的電子形成明暗不同的影像,透過 電子感測器顯示並記錄影像。再利 用電腦將上千或上萬個由此產生的 影像重疊,生成高解析度的二維影 像,再將二維組合成三維空間的立 體影像。 早期的電子顯微鏡受限於電子感 測器的靈敏度,因此無法得到高解

圖二:超高解析度的 γ- 胺基丁酸受體(GABAA receptor)結構,其解析度為 1.7 Å。(MRC, https://www2.mrc-lmb.cam.ac.uk/atomic-advance-for-cryo-em/)


20 二○二一年一月十五日

科技報導

生醫先鋒

圖三:安芬森(Christian B. Anfinsen)於實驗室中進行實驗。(By NIH, Public Domain)

蛋白質結構預測起源於1954年,

測其三級結構的可能性,但由於一

角。假設每一個鍵角在空間中可以

安芬森(Christian B. Anfinsen)發現

條完全展開的多肽鏈(polypeptide

有三種構型,則這條多肽鏈在空

牛胰核糖核酸酶(bovine pancreatic

chain)有太高的自由度,其可能的

間中可能摺疊成的構型就會有3 198

ribonuclease)在特定環境下,可以

構型有太多種,使得蛋白質結構的

種。假設測試一種可能的折疊方式

攤開成原本的一級結構(primary

預測非常困難。

所需的時間為1皮秒(picosecond,

structure),而當外在環境恢復成原

美國科學家利文索爾(Cyrus

ps),若要測試所有的可能性,則

本的狀態時,核糖核酸酶可以重新

Levinthal)則於1969年,提出了關

需花費3×10 82年。但是,在正常生

摺疊成原本具有功能的三級結構。

於蛋白質折疊的悖論。在他的論

理條件下,一條多肽鏈折疊成具

安芬森根據實驗結果提出安芬森

文中提到,一個擁有100個胺基酸

有功能的蛋白質只需花費幾奈秒

法則(Anfinsen's dogma),即「蛋

的多肽鏈中有99個肽鍵(peptide

(nanosecond, ns),甚至幾皮秒的

白質的一級結構(胺基酸序列)可

bond),決定每個肽鍵兩側構型

時間而已。

以決定其立體結構」並且「蛋白質

的兩面角(dihedral angle)有φ

利文索爾也對這個悖論提出可

的立體構型與其功能有關」。安芬

(phi)與ψ(psi)鍵角各一,則

能的解釋,他認為多肽鏈加速蛋白

森法則中,出現了從蛋白質序列預

總共會產生198個不同的φ與ψ鍵

質折疊的方法,是先由特定區域的


SciTech Reports

二○二一年一月十五日

生醫先鋒

21

胺基酸產生氫鍵等穩定的交互作 用,再以這些小區域作為核心,驅 動整個三級結構的形成。驅動蛋白 質折疊過程的能量,被描述成漏斗 狀的能量圖景(funnel-like energy

圖四:Google 旗下的人工智慧公司 DeepMind,本次發表的 AlphaFold 程式在蛋白質結構

landscape),而蛋白質折疊過程的

預測上獲得了不錯的成績。(DeepMind)

中間產物,即呈現半折疊狀態的構 型也被實驗所證實。

找出蛋白質的性質,即胺基酸之

期待AI技術跨世代突破,

利文索爾也提到,現實中的蛋

間的距離與連接胺基酸鍵結的角度

結構生物學的未來進行式

白質三級結構有可能並非最低能量

(圖五)。AlphaFold訓練神經網

的折疊狀態,有可能因為要達到最

路,經由不斷的比對基因序列與蛋

低能量所需的動能不足,使得折疊

白質的性質,持續提高預測蛋白質

的狀態停留在能量的局部最小值

結構的準確度,最後可以使用整段

(local minimum)。目前運用電

蛋白質序列進行結構預測,而不需

腦預測蛋白質結構的方法中,有些

要將蛋白質拆開成不同的片段分開

就是透過分子模擬蛋白質折疊的過

預測。

程,進而找出蛋白質可能的構型。

2019年末爆發的2019冠狀病毒 疾病(COVID-19),目前仍沒有 可以治療的藥物。而若是能運用 AlphaFold這樣的AI技術,預測冠狀 病毒組成的蛋白質結構,再針對特 定結構如病毒的膜蛋白設計藥物, 將可以加速了解這個疾病在分子層

AlphaFold展示了,人工智慧可以

面上的致病機制以及解藥的開發。

DeepMind公司的程式AlphaFold

整合來自各種不同資料庫的資訊,

同樣的,AI也可以輔助實驗數據的

除了運用上述的結構預測方法,預

並從中找出創新並能解決複雜問題

分析,讓科學家們能夠快速並準確

測局部蛋白質序列的折疊方式,透

的方法。雖然蛋白質結構預測仍無

的建立出蛋白質的三維結構模型。

過分子模擬計算蛋白質折疊的過

法取代實驗測量的方法,但能夠利

雖然AlphaFold在蛋白質結構的預測

程,並得到最低能量的結構;還結

用實驗所測得的數據快速且準確的

上,還有許多的進步空間,準確度

合了基因序列與蛋白質資料庫的數

預測結構,並且在未來應用在藥物

也尚無法取代實驗技術,但相信不

據,透過序列比對,從基因序列中

開發與疾病機制的研究。

久的將來,AI也可以成為和X光繞 射、NMR,以及Cryo-EM等結構生 物學技術一樣的跨世代突破。

延伸閱讀

圖五:DeepMind 公司的程式 AlphaFold 利用基因序列與蛋白質資料庫的數據,透過序列比 對從基因序列中找出蛋白質序列中胺基酸之間的距離與連接胺基酸鍵結的角度,訓練神經 網路預測準確的蛋白質結構。(The AlphaFold team, DeepMind)

1. Takanori Nakane et al., Single-particle cryoEM at atomic resolution. BioRxiv, 2020. 2. Christian B. Anfinsen, Principles that Govern the Folding of Protein Chains, Science, 1973. 3. AlphaFold: a solution to a 50-year-old grand challenge in biology. DeepMind, 2020/11/30.


科學月刊2020年回顧

22 二○二一年一月十五日

100%中「鼠」

3

月號

2

月號

離岸風力發電

科技報導

一起運動吧

離岸風力是能有效減

排行十二生肖首位的

平常坐太久了嗎?趕

緩全球暖化的再生能

老鼠,是野生動物、

快起身運動吧!從現

源,但離岸風電又該

寵物、模式生物與疾

在起,找尋適合自己

該如何與海洋的自然

病帶原者,就讓我們

的運動,維持身體與

生態兼容並蓄?

來好好認識牠吧!

心靈的健康。

5

尋找火星人

4

月號

紡織後現代

月號

月號

6

月號

1

動態時報

冠狀病毒的迫降

「佛要金裝,人要衣

在這顆火紅色的行星

在面對肆虐全球的疫

裝。」除了蔽體、保

上,究竟藏有什麼樣

情時,我們需要更透

暖與時尚等功能,衣

不為人知的祕辛,讓

徹地了解與學習,才

服又還有哪些你所不

科學家如此好奇,接

能找到擊敗冠狀病毒

知道的祕密呢?

連展開探測與冒險的

的勝利方程式。

任務?

8

恐懼與鬼

9

月號

5G行不行

月號

月號

7

標本×生命

5G的時代即將來臨,

當面臨未知的事物

一尊尊精美漂亮的生

超高的網速與低延遲

時,我們會出現惡

物標本,是生命載體

的特性,金融與醫療

夢、尖叫、閃躲、

的時光膠囊,訴說著

的變革,又將如何改

冒冷汗與瑟瑟發抖

各種精彩絕倫的生命

變你我的資訊生活?

等反應,你究竟為

故事。

何會感到恐懼?

11

美豬「萊」了

10

月號

諾貝爾獎 特別報導

月號

月號

12

發射吧! 立方衛星

每年的科學盛事「諾

含有萊克多巴胺的美

這些只有吐司大小的

貝爾獎」又來啦!這

國豬肉即將進口,吃

衛星,讓上太空不再

次告訴你又有哪些重

下這些豬肉真的好

是夢想,你我都能譜

大科學發展與發現改

嗎?豬隻服用瘦肉精

出自己的太空探索歷

變了人們的生活。

真的不好嗎?

險記!

感謝大家2020年對《科學月刊》的支持,今年還請繼續關注我們哦!


SciTech Reports

科技人文

二○二一年一月十五日

23

基因編輯技術該怎麼用? 諾貝爾獎得主的呼籲── 讀《基因編輯大革命》我思 林基興

科學月刊社董事與清華大學通識教育中心兼任助理教授。

2020年諾貝爾化學獎頒給道納

漸多。

(Jennifer Doudna)與夏彭提耶 (Emmanuelle Charpentier)兩人, 因其開發了CRISPR-Cas9基因編輯 技術。 CRISPR為「常間回文重複序列叢 集」(Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats, CRISPR) 的縮寫,源自細菌的後天免疫系 統,負責消滅入侵的外來質體或 噬菌體。它由導引RNA(guide RNA, gRNA)和切割酵素酶蛋白 ( Cas9)組成,前者帶後者找到

獨特的生物形態,引發了童年的 她對生物學的好奇,更在她心中

科學家的妙筆生花 經數年目睹與反思該技術對社會 的影響與爭議,2017年,道納與其 學生著書《基因編輯大革命》(A Crack in Creation),向普羅大眾 作出解釋。其揭櫫的議題,在今天 更形關鍵與急切、更值得深思與慎 行,主因在於: 生理演化的慢條斯理,趕不上文 明的日新月異。

埋下了科學研究的種子。到了中 學,從她父親贈與諾貝爾獎得主華 生(James Watson)的著作《雙螺 旋:發現DNA結構的故事》(The Double Helix)獲得啟發,深深被 這完美對稱的雙股螺旋結構當中的 生命奧祕所吸引,進而投身於生命 科學。又如,2006年時,加州大學 柏克萊分校同事班菲爾德(Jillian Banfield)的牽線下,首度認識 CRISPR,讓她開始對這個發生在

病毒的DNA序列進而將其切割分

《基因編輯大革命》全書分為8

解。比起之前的基因編輯工具,

個章節,一半解釋CRISPR科技的

而後在2011年,在一場國際研討

如「類轉錄活化因子核酸酶」

來龍去脈,其餘談社會的認知爭議

會,道納經人介紹,認識了法國的

(transcription activator-like effector

與溝通。作者強調善用科技,悲天

微生物學家夏彭提耶,兩人相談甚

nuclease, TALEN)、「鋅指核酸

憫人的情懷,瀰漫全書。

歡而決定合作。夏彭提耶率先發現

古微生物的有趣現象深深著迷。

酶」(Zinc-finger nuclease, ZFN)

內容上亦穿插了作者的歷程故

有兩種RNA負責將Cas9導向目標

等,CRISPR大幅降低成本,操作

事,讓讀者得以一窺科學家生涯的

DNA,道納則發現這兩個RNA可嵌

簡易且更精準,為當前最好用的基

因緣際會,與把握機會的各種層

合在一起,形成可客製化的單鏈導

因編輯工具。到了今天此科技已廣

面。例如道納7歲時,舉家從華府

引RNA去找目標基因。合作結果,

用於醫療與農業等領域,但爭議也

遷移到夏威夷,夏威夷島上豐富且

此「Cas9和單鏈導引RNA」雙分子


24 二○二一年一月十五日

科技報導

科技人文

系統大幅簡化實驗步驟,使基因編 輯更有效率。

擔心基因編輯利器遭誤用 基因編輯技術已產生許多令人驚 艷的範例,包括修正獵犬的肌肉萎 縮基因缺陷、抗病稻米,可望用來 消除鐮刀形血球貧血症與肌肉萎縮 症等人類疾病,甚至改變後代的基 因體。 好啦,我們能讓胚胎突變細胞 「正常化」,就可能有人能將正常 細胞「超級化」,包括降低罹患糖 尿病的機率等。也因此出現反彈聲 浪,認為將擴大社會和遺傳不平 等、促成新優生學等。《基因編輯 大革命》即提出省思,認為人類已 可控制我們這物種的演化,其結果 將超出我們的理解範圍,提出「像 人類這般各持己見而又難妥協的

《基因編輯大革命》作者道納。(李依庭攝影)

物種,會用此強力科技工具做什 麼?」的大哉問。 作者原以為科技衍生的社會問 題,就留給生物倫理學家,自己則 專心科技研發。但後來轉念:

在可操縱與修改每個物種的遺傳密

器可能遭到誤用,頓覺自己如創造

碼;CRISPR可編輯生物基因體,

科學怪人(Frankenstein)。亦擔

且如編輯文章般容易。

心基因編輯步上「核武秘密研發惹

「 …… 我 經 常 做 這 樣 的 夢 , 現

出抗爭」的後塵。雖然基因編輯不

「但身為開發此領域一份子,

在想來很容易領略到其中深藏的意

會引起像核武般的災難性後果,但

我深覺有責任協助引導相關的溝

義。海灘僅是海市蜃樓,但波浪與

社會仍可能對此新生物技術產生不

通……應當即刻展開對話。」

其激起的恐懼、希望和敬畏的情緒

信任感。社會不信任或甚反感,可

都異常真實。」

能來自資訊的缺乏或錯誤訊息的傳

於是,作者到州政府、總統科 技政策室、中情局等地說明;設立

本書前言中的這兩句話約可形容

「創新基因體研究所」(內含科技

作者的心情:擔心此科技釀巨禍。

溝通組);辦理論壇與敦促國家科

書中,作者提到甚至夢見希特勒涉

學院號召國際會議。

入此科技而嚇醒。

透過基因編輯技術,科學家現

接著,作者一想到基因編輯這利

播,而妨礙基因編輯應用在相對安 全與重要的嘗試上。 因此,這領域的科學家有責任 公開其研究,也教育民眾,並且參 與公共論壇,討論實驗的風險、福


SciTech Reports

二○二一年一月十五日

科技人文

25

祉,否則公眾的反彈可能傷及該領

化學誘變、輻射照射等,均改變基

課程,或者,他們不知閱讀優質生

域的發展。

因而成為「基改」生物;若選擇性

物技術專業讀物、查詢英國皇家醫

地單挑基因工程反對,實在偏頗而

學會與世界衛生組織等深具公信力

不公平。

網站資訊。相反地,他們一直暴露

以基改歷史為殷鑑 基因編輯與基因工程均「改變基

作者認為,反對者大聲疾呼的,

在日常電視與社交媒體等盡是謠言

因」,是生命科學研發的利器;但

主要著眼於少數幾篇基改生物對人

(惡意或善意風向)或「同溫層」

改變的程序不同,前者直接修改基

與環境不利的研究,例如,基改馬

(不解者互相強化認知)中。因

因,後者則引入外來基因,無論是

鈴薯讓老鼠罹癌或是基改玉米害死

此,著名荷蘭專家須寇頓(Henk

相同物種間的同源基因轉殖,亦或

帝王蝶,但這些研究與後續驗證不

Schouten)名言「你可不喜歡基

是相異物種間的異源基因轉殖。

符,且受多數科學社群譴責。另一

改,但不能說它危險」,更見針砭

對於使用基因編輯技術改變作

方面,基改技術實際上產生了許多

之力。

物,有人認為是新育種技術產物,

福祉,包括拯救夏威夷木瓜產業。

但另有人認為是隱藏版的基改作

基改食物是消費品中受到最嚴密監

模糊的界線,

物,試圖以走後門的方式,偷渡上

督審查的產品,且有幾乎一致的科

何謂「自然」?

架。例如,反對者在2016年春天發

學共識「基改食品與傳統方法產生

說到專業知識,一般人似乎不

起抗爭,CRISPR科學家受到以前

的食品一樣安全」,獲得英國皇家

知,幾乎人吃的食物均為基改的。

反基改者的威脅。

醫學會、美國醫學會、美國國家科

諾貝爾生醫獎得主華生,就評述過

學院、歐盟委員會、世界衛生組織

英國王儲反對基改:「容我冒昧,

的支持。儘管如此,仍有約六成美

查理王子,殿下在1998年說過一

為借鏡。基改生物(Genetically

國人認為基改食品不安全。作者認

句名言:『基因改造使人類進入上

Modified Organisms, GMO)至今

為科學共識與民意分歧,部分因科

帝專屬的領域。』其實我們的祖先

已成過街老鼠。作者提問:民眾會

學家與大眾之交流失敗。所以,科

老早就已經踏入這個領域,幾乎所

比照接納輻射與化學藥劑而改變基

學家需走出象牙塔與善用庶民語

有人類的食物都不能算是『自然』

因的作物一樣,接受基因編輯作物

言。同理,民眾也要肯花心力學習

的。」

呢?或者會認為基因編輯作物也是

新科技。

因此,《基因編輯大革命》作 者探討議題亦以基改(基因工程)

華生並且指出,雜交育種是人類

筆者在此補充,作者引述的六

改變「自然」、加速變異的作為。

要探討此議題,「食品政治學」

成美國人誤解事宜,為深具公信

雜交造成作物遺傳基因的整批翻

成了作者需惡補的領域。美國農業

力的美國公益皮優研究中心(Pew

新,且常造成無法預知的後果;相

部認為基改是「以基因工程或其他

Research Center)2015年提出的民

反的,現代生物技術以精確方式,

更傳統的方法」,此廣泛的定義涵

調。相對於只37%民眾認為安全,

把遺傳物質引進一種作物中。可說

蓋基因編輯等新技術,加上突變育

有88%的科學家(取樣對象為美國

傳統的育種方式就像揮舞一把大

種等傳統做法,則可說我們吃的食

科學促進會AAAS會員)認為基改

鎚,而生物技術則像小心翼翼的捏

物幾乎都是基改生物。不過,一般

食品安全。因此,不安之因很可能

著一支鑷子。傳統與生技在基因改

人認知的基改生物僅指基因工程產

在於誤解,一般人在正式教育中,

造手法的粗細,有如天地之差。

生的;其實,生物經歷自然突變、

缺乏這種「基改食品的健康效應」

基改生物而反對呢?

許多人認為基改與基因編輯是


26 二○二一年一月十五日

科技報導

科技人文

不自然的、違反倫理的。但即使如

出,凡是涉及人類事務,特別是醫

「不」使用生殖細胞編輯來減輕人

「自然」的育種,過程中仍是選擇

學,自然與非自然之間界線就會變

類的痛苦,是不道德的。

「隨機突變後適合的」植物。因

得模糊,甚至消失。自然與非自然

遇到新科技,就容易出現反對

此,「自然」與「不自然」之間的

的區別,是錯誤的二分法;若此區

者扣帽子以高標準批評,其一如在

界現實際頗為模糊。例如,小麥白

別還阻礙減輕人類痛苦,則可視之

胚胎時期使用CRISPR對抗疾病,

粉病,自然發生與誘導突變的品種

危險的二分法。

被批評為優生學措施;但現行常見

如無差異,則無論是使用基因編輯

在人類物種史上,大致上,人類

的著床前基因診斷、超音波檢查、

與自然發生的結果就並無差別了

(默默)承受大自然施加的演化壓

產前服用維生素、孕期戒酒等,與

吧?

力。現在,我們發現自己身處可控

優生學差別為何?其次,反對者指

1920年代開始的輻射照射法與化

制這些壓力的局勢中。大自然不是

責新科技尚未徹底瞭解,不應進入

學誘變劑,已經產生許多作物,例

工程師,而是手藝粗糙的修補匠;

應用。但如人類約經四個世紀,才

如,前者產生深受歡迎的深紅色葡

對於不幸受苦於遺傳疾病者,此粗

徹底根除天花,那時對人體免疫系

萄柚品種「Rio Red」,後者產生的

心大意實在殘酷。自然可施虐人

統所知卻甚少;而與全新藥物人體

小黑麥則在「自然食品店」熱銷。

類,為何人類不能自救?使用基改

實驗相比,基因編輯的確定性要高

另外,天然的突變影響各物種,這

或基因編輯解套應合理吧?

得多。無數的救命療程就是在醫生

是演化驅力之一;唐氏症就是自然

完全理解前發展出來的,為何要對

產生的突變。作者特別舉證,人類

人體類基因體

CRISPR特別嚴格?第三,基因編

細胞分裂複製DNA,就會有2∼10

就神聖不可侵犯?

輯偶而會出錯,是有可能;但我們

個新DNA突變悄然進入基因體;

有些人將人類基因體視為珍貴的

一生處於隨機出現基因變化的風險

每人每秒約出現百萬個突變,60歲

演化遺產,需珍惜保存;例如,聯

中,而此威脅可能遠大於CRISPR。

時,腸道上皮組織(迅速增殖的部

合國科教文1977年的〈世界人類基

我們的DNA因自然隨機突變而變

位)至少有一細胞的基因體的每一

因體與人權宣言〉:「人類基因體

化,此突變是演化的驅力。只要能

字母都至少突變過一次;每人在生

意味著人類家庭所有成員,在根本

證明其安全有效、明顯利多於弊,

命開始時,就帶有50∼100個隨機

上是統一的,也意味著對其固有的

就不應該針對單一治療方式硬是提

突變,是與繼承自父母的生殖細胞

尊嚴與多樣性的承認象徵其為人類

高標準,更應比照其他治療方法公

全然不同全新出現的。

的遺產。」對於基因編輯使用於人

平審視。若刻意限制企圖挽救生命

在另一角度,怎樣算「自然」?

體,則認為會影響未來世代:「危

的研究,就要為那些可預見與可避

例如一些宗教教派認為疫苗藥物等

害所有人固有的,因而也是平等的

免的死亡負起道德責任;基因編輯

醫療「不自然」,因此禁止;則煮

尊嚴,偽裝成打造美好生活的願

的施行在某些情況下可能不只是選

食、穿衣、住屋、上學、貨幣、紙

景,重啟優生學。」一些生物倫理

項,也是必要的道德。

筆、種菜、奮戰野獸、避雨、接生

者暗示,生殖細胞編輯會改變人之

《基因編輯大革命》作者並指

呢?至於當前氛圍,化學誘變與輻

所以為人的本質,而修改人類基因

出,要由全社會而非科學家決定如

射照射是自然的,但基因工程則不

庫,終將危害人類自己。

何使用一項科技,立意雖佳,但社

自然,這算哪門子邏輯? 《基因編輯大革命》書中即指

相反地,另有專家價值觀不同,

會該怎麼對於不理解的科技做出判

例如,也許有一天,我們會認為

斷呢?諸如基因編輯與基因工程


SciTech Reports

二○二一年一月十五日

科技人文

27

等科技,門檻甚高,一般人不易理

限制;類似的情況也出現於量子力

或動物,從無食用基改食品而危害

解,就如上述基改專業、各行科學

學中的「量子層次」,例如,海森

健康的確證案例;基改作物對環境

家、民眾的理解差距所示,則社會

堡的測不準原理(若確定粒子的位

的害處更少,而且對全球的生物多

如何決定?近代更出現眾多案例,

置,則增其動量不確定性;反之亦

樣性是一大助力;呼籲綠色和平停

許多評論者、甚或生物倫理的討論

然)。

止抵制基改作物。

者,缺乏生技知識,卻流於想當然

在書末,作者總結基因編輯的福

綠色和平組織致力環保,精神

祉與風險,樂觀地說「我堅信,我

可嘉,但誤解基改,其阻撓之風亦

似乎因為有人誤以為基因編輯

們可以善用而不致誤用……」。這

禍及臺灣。2015年12月,我國反基

萬能,可創造出「超級人」或甚至

是一個專注研發有成,卻能前瞻注

改者強勢要求下,立法院修改「學

「完美嬰兒」,就如對基改的遐

意責任的社會一份子之言,其典範

校衛生法」,明訂學校膳食禁用基

想。但道納指出,科技有其侷限,

令人佩服。

改食材。此舉違反上述基改安全共

耳、好發議論。

包括面臨取捨的困境,例如,編輯

筆者想到,2016年6月,美國生

識,副作用包括學子誤解基改害人

胚胎的CCR5基因可能讓人對HIV更

技專家羅伯茲(Richard Roberts),

而不敢就讀生技相關科系等,真是

具抵抗力,但會增加感染西尼羅病

號召百餘位諾貝爾獎得主,簽署公

不幸。

毒的機率;修改鐮形血球基因,會

開信〈諾貝爾獎得主信件支持精準

道納與羅伯茲均為人道科學家,

剝奪對瘧疾的抵抗力。

農業(基因改造生物)〉(Laureates

令人敬佩。當今科技益趨複雜難

道納提的是分子生物學「基因

Letter Supporting Precision Agriculture

解,社會需要更多類似領袖。我國

層次」的難題,此為「自然律」的

(GMOs)),聲明基改安全,不論人

人已聽到其呼籲了嗎?

書 名∣《基因編輯大革命:CRISPR 如何改寫基因密碼、掌控演化、影響生命 的未來》(A CRACK IN CREATION: Gene Editing and the Unthinkable

Power to Control Evolution ) 作 者|珍妮佛・道納(Jennifer A. Doudna),山繆爾・史騰伯格(Samuel H. Sternberg) 譯 者│王惟芬 出版社|天下文化 出版日| 2018 年 5 月 31 日

CRISPR原本是自然界中細菌的一種免疫系統,能鎖定入侵的病毒,剪碎它們的DNA。經過科學家的解 密,利用這種系統的定位與切割功能,把它變成最簡單、便宜又有效的基因編輯工具。如今我們幾乎可 以用CRISPR來編輯每一種生物DNA上的字母,到了隨心所欲的地步。 道納是解開CRISPR機制的科學家之一,與研究夥伴史騰伯格合力寫下本書,親自導覽這趟驚心動魄的發 現歷程,以及令人嘆為觀止的科學原理、各種實用或充滿想像力的應用,以及未來的展望和隱憂。


28 二○二一年一月十五日

書適圈

科技報導

與數據拔河──人工智慧的應許和限制 演講|張智威

HTC 健康醫療事業部的總經理、史丹佛大學電腦系客座教授、日本SmartNews 人工智慧顧問

彙整|連品薰

位於喜馬拉雅山區,不丹是個坐落在高山之頂的國

確率〔註二〕。

度,那裡的人們彷彿只要抬起手就可以觸碰到雲朵。在

因此,張教授的第一張測試,是尼泊爾旅館外,一

這個天空邊緣的國度裡流傳著這樣的傳說:從前從前,

位婦人抱著嬰兒乞討的照片。當時他們被交代:在尼泊

第五任國王爬上了通往雲端的樓梯,騎著一頭斑頭雁飛

爾不能當眾施捨,否則群眾會一窩蜂的湧上來。因此他

到天堂去,卻忘記把樓梯降下來,從此之後不丹的人們

們只能滿懷淒涼地走過,並為婦人留下一張剪影。當他

就再也無法爬上雲端了。

們再回顧這張照片時,想到的關鍵字是「貧窮」、「受

古老的傳說如此,然而現代的人們卻能天天連上網

苦」以及「被忽視」,不過張教授知道當代的分類器無

路的雲端。飛機的發明甚至能讓我們飛躍雲端,俯瞰喜

法辨識出這些形容詞,頂多可以認得照片中的物件如

馬拉雅群峰。科技給了我們新的許諾,人類如今已能夠

「人」、「街道」等;但實際上將乞討婦人的照片丟

前往雲之頂、海之底的未知境域探索,而新一波人工智

到AlexNet所訓練的Caffe分類器(Caffe classifier,〔註

慧的復興,似乎也昭示著新世界的來臨。每一篇談論不

三〕 )中,電腦判斷的結果卻是「狗」及「家畜」。不

同人工智慧科技的文章都不免俗地要問:「人工智慧

信邪地,他們另選了一張兒童在孤兒院中學習的照片,

會怎麼改變人類的生活?它能讓我們更幸福嗎?」然

張教授心中想的關鍵字是「希望」,並預期分類器至少

而在這之前,我們得先瞭解當代人工智慧的應許和限

可以認出「兒童」,但電腦又再一次的沒認出人,或

制,才不會成為從雲端摔落的伊卡洛斯〔註一〕 。而身為

許是將孩子身邊的書桌認成鋼琴了,它給出的是「衣

HTC健康醫療事業部的總經理和史丹佛大學(Stanford

服」、「樂器」及「商品」等答案。最後一張照片,他

University)電腦系客座教授,張智威教授能與大家分享

們選擇了一位僧侶五體投地地在拉薩街上膜拜的照片,

最多的,還是過程中的困難與突破,尤其是與數據拔河 的歷程。是在這樣前進三步,後退兩步的反覆摸索中, 才有了今天大家所看見的人工智慧之躍進。

從尼泊爾經驗看電腦視覺的盲點 在2017年年初的一次研究行旅中,張教授和史丹佛大 學的團隊從不丹穿越尼泊爾到拉薩,在喜馬拉雅山區拍 了很多照片,旅程的尾聲張教授想以這些照片測試看看 AlexNet的影像辨識能力。2012年ImageNet LSVRC 比賽 的冠軍AlexNet 是利用ImageNet資料庫訓練出來的8層卷 積神經網路,也是第一個將深度學習應用在電腦視覺中 的影像分類器(image claissfier),傳聞可達到99%的準

圖一:乞討婦人的照片被分類為「狗」及「家畜」。


SciTech Reports

二○二一年一月十五日

書適圈

29

這時他想到的是「尊敬」、「奉獻」及「信仰」等詞,電 腦卻同樣的得出「狗」及「家畜」的結論。 在影像分類領域中,所有研究跟報導都告訴我們,人 工智慧的正確率已經超過人類了,但為什麼實際測試卻會 得出各種光怪陸離的答案呢?從這次的分類器測試中,我 們又可以學到什麼經驗?首先,機器不會有人類的歧視心 態,那麼為什麼它會把尼泊爾婦人及拉薩僧侶都看成是狗 呢?原因是「機器無法判斷它沒見過的東西」。由於這 一波AI的復興奠基於資料驅動(data driven)的特徵學習 (representation learning),其需要大量且多元的資料支

圖二:兒童在孤兒院的照片被分類為「衣服」、「樂器」及

持,而ImageNet雖然提供了夠多的資料,卻不夠多元。換

「商品」。

句話說,如果ImageNet資料庫中沒有喜馬拉雅山區居民的 圖像,它所訓練出來的分類器也無法辨識出喜馬拉雅山區 的居民。總而言之,現階段人工智慧的影像辨識需要足夠 數量(scale)與多元(diversity)的數據才能發展。因此, 回過頭來我們必須思考自己是否具有達到這些條件的資料

圖三:僧侶五體投地膜拜的照片被分類為「狗」及「家畜」。

庫呢?如果沒有,我們又可以如何將人工智慧應用 在產業上?

尚未到來的革命? 踩在大數據肩膀上的人工智慧 2018年4月,人工智慧學界權威加利福尼亞大學柏 克萊分校(University of California, Berkeley)教授喬 丹(Michael I. Jordan)以「人工智慧的革命尚未到 來」為題發表了他對這一波人工智慧熱的看法,文 中他提到了當今關於人工智慧的公眾論述,經常阻 礙我們看見整體的圖像,以及其中的機會與風險。 當人工智慧躍上新聞版面,成為科技公司的新寵,


30 二○二一年一月十五日

書適圈

科技報導

為什麼學界的權威反而要跳出來提醒我們仍須努力研發

(visual cortex)。視覺皮層的生物研究已在1959年休伯

呢?或許,在討論人工智慧的應許之前,我們必須重新

爾(David Hubel)跟威澤爾(Torsten Wiesel)的實驗中

釐清這場被視為AI文藝復興的運動做到了些什麼。

得到了很大的進展,而在得知了視覺細胞如何接收與傳

大家所熟悉的深度學習是這波復興中最熱門的話題, 但實際上卻只是人工智慧大餅中的一小塊。人工智慧中

遞訊息後,楊立昆在1989年便開發出了模擬視覺神經運 作的卷積神經網路。

最大的子集是機器學習,何謂機器學習呢?簡單來說,

雖然卷積神經網路在1989年就已提出,電腦視覺的技

機器學習最重要的元素就是資料跟算法。資料分為附標

術卻要到了2014年才起飛,這25年的時間科學家們在做

籤的(labeled data,代號L)跟沒有標籤的(unlabeled

些什麼呢?張教授以他在Google工作的經驗為例,說明

data,代號U),前者包含影像跟標籤資訊(例如:裡

了當他在2006年想發展大數據驅動機器學習時便遇到了

面有貓、有人),後者只有單純的影像。接下來我們還

標籤資料量不足,無法解出足夠準確參數的困境。因應

需要一個算法(learning algorithm),舉例來說深度學習 就是一種算法。其中,若只將標籤資料(L)放入算法裡就 稱為監督式學習;反之若只放無標籤資料(U)則是非監 督學習(unsupervised learning);兩者皆有(L + U)就是 半監督學習(semisupervised learning)。將資料丟進算 法之後便可以求出一個函數(f),靠這個函數我們就能對 未知的目標物件作出預測和分類。 從圖四來看,深度學習只是機器學習的一小部分。 深度學習是一種神經網路的應用,而神經網路則來自 於腦部結構啟發(brain inspired)科技。所謂的腦啟發

圖五:人腦四葉的位置。

其實包含了人腦諸多重要功能, 但這次的人工智慧革 命只觸碰到了大腦中枕葉(occipital lobe)的視覺皮層

圖六:(a)休伯爾與威澤爾的實驗分析;(b)楊立昆歸納的計 圖四:人工智慧與神經網路的涵蓋關係圖。

算模型。


SciTech Reports

書適圈

二○二一年一月十五日

31

這個問題,科學家們發展了各式各樣的算法,但複雜的

練數據,便能造就IQ 300的機器。但問題仍然是我們是

算法又相對的耗時,跟不上搜索引擎和廣告推薦系統的

否可以從小數據演繹出等同於無限多且多元的大數據?

即時需求,就連在Google這樣的公司也不重視。但2010

很可惜的,在除了下棋和電腦遊戲外,多數領域科學家

年張教授在Google贊助了李飛飛,使ImageNet資料庫成

還未找到這樣的方法。總地來說,這一波的人工智慧革

立,蒐集並提供了科學家120萬張影像去做研究。在短

命其實只推進了深度學習,而發展的面向也只限於模擬

短2年間,AlexNet便利用ImageNet中的大量資料,以一

人腦的知覺(perception)中的視覺功能。至於如何使用

個8層的卷積神經網路在ImageNet Challenge的影像辨識

人腦知覺之外的能力,譬如知識、記憶、計畫、邏輯思

競賽中取得革命性的準確率,驚豔了學界與業界。此後

考等,都還有待未來發展。

業界開始投資大規模GPU運算平臺, 並接受了數據驅動 的大規模機器學習之典範。 除卻電腦視覺的大躍進之外,另一個成就這波人工智

〔註一〕希臘神話裡的人物,因飛得太高,使得蠟製雙翼遭太陽融化,跌 落水中喪生。

慧革命的炸彈非AlphaGo莫屬。在2016年時AlphaGo昭告

〔註二〕詳情請參考本書頁 146。

了全世界如果一個算法能自行生產出無限多且多元的訓

〔註三〕一種能實現多標籤影像的分類器。

書 名∣《智慧新世界:圖靈所沒有預料到的人工智慧》 主 編|林守德、高涌泉 編 著|臺大科學教育發展中心 出版社|三民書局 出版日| 2021 年 1 月 8 日

人工智慧一詞首度於1955年被提出,在二十一世紀的今天已普遍被認為是影響未來人類社會發展的關 鍵技術。 人工智慧之父圖靈認為人工智慧可藉由模仿人類智慧,從符號邏輯的推導與知識結合達成,但這個方向 的人工智慧並沒有獲得巨大的成功。而進化至今的人工智慧,是建構在以巨量資料和統計為基礎的機器 學習與深度學習之上,二十一世紀的人工智慧早已聰明地滲透在你我生活中。 本書收錄臺大科學教育發展中心「探索基礎科學講座」的演說內容,主題圍繞「人工智慧」,將從機器 學習、資料探勘、自然語言處理及電腦視覺重點切入,並重磅推出「AI嘉年華」,深入淺出人工智慧的 基礎理論、方法、技術與應用,且看人工智慧將如何翻轉我們的社會,帶領我們前往智慧新世界。


32 二○二一年一月十五日

科技報導

動態時報

COVID-19病毒蛋白能穿越血腦障壁, 很可能會感染腦部 作者|陳亭瑋

在去(2020)年成為焦點的「2019 冠狀病毒疾病」(COVID-19), 有些患者會出現中樞神經相關的症 狀,像是腦霧(brain fog)、突發 性疲勞(fatigue)、嗅覺與味覺喪 失、頭暈嘔吐等情況,新研究揭露 了可能的原因。在去年12月16日 發表於《自然神經科學》(Nature Neuroscience)期刊的研究,證實

(123RF)

病毒上的棘蛋白(spike portein)能 穿越實驗小鼠的血腦障壁(blood-

害,引起發炎等情況。在本次的研

解釋,像是病毒會感染腦部、影響

brain barrier),也就是說病毒極可

究中,發現到S1蛋白進入腦部,很

呼吸中心,一直都尚待證實。本次

能可以進入腦部、引發神經症狀。

可能會刺激釋放細胞激素以及發炎

的動物研究證實了,S1蛋白質能穿

物質,引發腦部的發炎反應。

越小鼠的血腦障壁、進到腦區,從

引發COVID-19的病原為冠狀病

而引發發炎與神經性的症狀。

毒,其外套膜(envelope)上嵌有

免疫系統在面對病原體感染,

突出的棘蛋白。由於棘蛋白會與細

有時會透過引發被稱為細胞激素風

對於本次的疫情,班克斯在華盛

胞膜上的特定蛋白質結合,因此也

暴(cytokine storm)的強烈反應,

頓大學發布的新聞稿上表示不應掉

決定了病毒可以進入哪些細胞。棘

來殺死入侵的病原體。但這樣的反

以輕心:「你不會想要跟這個病毒

蛋白可以分成不同的部分,其中的

應機制,也有可能會引發過敏性休

沾上邊。很多 COVID-19 的症狀,

S1蛋白扮演了接合蛋白(binding

克,造成患者病況惡化甚至死亡。

有可能會因為病毒進入腦部變得嚴

protein)的角色,會直接與細胞膜

與SARS或一些病毒性疾病一樣,

重,而且會持續相當長的時間。」

上的受器互動,對於病毒是否能

COVID-19會在某些患者身上會引發

新聞來源

感染細胞十分重要。本研究的共

細胞素風暴,因而提高致死率。針

同作者,華盛頓大學(University

對棘蛋白的研究,除了對其致病機

of Washington)醫學教授班克斯

制有更多了解,也能協助解答有關

(William A. Banks)表示,一般來

COVID-19的一些難題。

1. COVID-19 virus enters the brain, research strongly suggests: A new study shows how spike protein crosses the blood-brain barrier, Science Daily, 2020/12/17. 2. Elizabeth M. Rhea et al., The S1 protein of SARS-CoV-2 crosses the blood–brain barrier in mice, Nat Neurosci, 2020. 3. Research strongly suggests COVID-19 virus enters the brain, UW Medicine Newsroom, 2020/12/16.

說了解接合蛋白,可以解釋很多病

過往對於COVID-19之所以會造

毒會引發的症狀。而本次也發現,

成呼吸困難,主要解釋為病毒感染

S1蛋白即使脫離病毒也能造成損

肺部、引發肺炎等情況。而其他的


SciTech Reports

二○二一年一月十五日

動態時報

33

未來電子顯微鏡 可看見奈米尺度化學反應過程 作者|陳亭瑋

電子顯微鏡技術有了新的進展,

分散聚合反應(dispersion

的新技術「VC-LCTEM」,應用

新發表的「可變溫液態臨場穿透式

polymerization)常用於量產藥物、

TEM,將原料封入液態樣品槽

電子顯微鏡」(variable-temperature

化妝品等領域,並用以產生特殊的

(liquid cell)中,保護材料不受顯

liquid-cell transmission electron

奈米材料(nanomaterials)。這類

微鏡內部真空的影響。此外,使用

microscopy, VC-LCTEM)可用於觀

材料有很大的應用潛力,如在醫學

的化學原料應用了技術「聚合誘導

測進行中的化學反應,讓科學家一

上作為「智能」藥物的基礎,可以

自組裝」(polymerization-induced

窺智慧材料在奈米尺度下的形成。

設計在進入特定的細胞或條件下才

self-assembly, PISA),設計對於溫

這個研究去(2020)年12月22日

釋出治療的化學分子。但擴大這類

度變化敏感,因此自組裝反應將在

發表於期刊《物質》(Matter),由

材料的生產,一直存在相當難度,

達到設定的溫度時才開始進行。液

國際奈米技術研究所(International

尤其是過去無法直接觀察化學反應

態樣品槽裝置在有加熱元件的矽晶

Institute for Nanotechnology)副

進行,缺乏對中間過程的了解。

片上,當完成顯微鏡設置,就可以 提高液態樣品槽的溫度,引發聚合

所長、西北大學(Northwestern

穿透式電子顯微鏡(transmission

University)吉阿內斯基(Nathan

electron microscopy, TEM)影像解析

G i a n n e s c h i ), 與 佛 羅 里 達 大 學

度可達次奈米級(sub-nanometer),

「我們的方法可將奈米層級的聚

(University of Florida)蘇莫林

但是主要適用於冷凍樣品的觀察,

合反應即時視覺化呈現,這是以前

(Brent Sumerlin)共同主持。

難以應用於化學反應。本次發表

從未做到的。」吉阿內斯基於西北

反應進行,並以顯微鏡全程記錄。

大學的新聞稿上表示「未來通過加 入機器學習演算法解析影像,持續 完善提高解析度,將增進對於奈米 尺度下聚合反應的了解,以設計具 環境或藥品應用潛力的奈米材料。 新聞來源

未來的電子顯微鏡,將能夠讓科學家親眼觀察奈米材料的合成過程。(123RF)

1. New electron microscopy technique offers first look at previously hidden processes. Science News, 2020/12/22. 2. New electron microscopy technique offers first look at previously hidden processes. Northwestern Now, 2020/12/22. 3. Georg M. Scheutz et al., Probing Thermoresponsive Polymerization-Induced Self-Assembly with Variable-Temperature Liquid-Cell Transmission Electron Microscopy. Matter, 2020.


34 二○二一年一月十五日

科技報導

動態時報

臺灣首份碳定價研究報告出爐 作者|李依庭

二氧化碳,目前被廣泛認為是造 成全球暖化的主要原因。為了減緩

量和環境生物多樣性等帶來不小衝

戰,碳定價工具應逐步導入政策工

擊。

具中,預計可對臺灣二氧化碳減量

溫室氣體對環境帶來的影響,1997

為因應氣候變遷,近年來各

目標產生貢獻,以支持綠色成長及

年,世界許多國家共同簽訂《京都

國紛紛開始研擬碳定價(carbon

轉型。另外,根據此份報告顯示,

議定書》(Kyoto Protocol),希望

pricing)。而碳定價的方式相當多

臺灣碳定價政策可從碳費著手,並

透過各國的共同努力降低碳排量,

元,國際間主要以推動碳稅(carbon

建議在初始階段先設定較低的碳費

使大氣中的溫室氣體含量穩定在一

tax)及碳交易制度(emissions

水準,同時建議在碳費明確後逐步

個適當的水準,以保證生態系統的

trading system, ETS)兩種方式,希

提高碳費水準,以確保減量誘因。

平穩適應、食物的安全生產和經濟

望通過稅收,降低大氣中二氧化碳

的持續發展。

的排放量,從而減緩氣候變遷。

不只是臺灣的碳定價研究,報告 也指出,碳定價在國際間已被廣泛

然而,近年來由於人類的經濟發

有 鑑 於 此 , 臺 灣 於 去( 2 0 2 0 )

提倡,目前已有60多個國家正實施

展劇烈,使得碳排放量年年增加,

年7月 初 , 由 環 保 署 與 英 國 在 臺

碳定價工具。考量現階段若採排放

氣溫和海平面更是節節攀升,也導

辦事處共同合作,委由國際知

交易機制的政策設計,可能會面臨

致颶風、熱浪和暴風雪等極端氣候

名 氣 候 政 策 研 究 智 庫 —— 倫 敦 政

市場流動性及競爭力不足的挑戰,

頻傳,對人類的生命安全、糧食產

經學院格蘭瑟姆氣候變遷與環

反觀碳費的制定則相對容易,可以

境研究所(Grantham Research

透過現有的能源及環境費徵收經驗

Institute on Climate Change and the

上來實施。

Environment),針對臺灣溫室氣體

環保署也表示,在這次與國際研

減量政策及碳定價制度設計研議。

究智庫的合作上,不僅表明臺灣對

並於同年12月,發表「臺灣碳定價

氣候變遷議題的重視,未來更可共

之選項(Carbon pricing options for

同檢視可行的碳減量作為,期望以

Taiwan)」報告,且刊載於倫敦政

此為基礎和契機,持續推動臺灣碳

經學院網站。

排放減量目標。

環保署表示,本研究採用質性 研究方法,以臺灣的經濟及溫室 氣體排放情況進行全面性分析, 同時利用政府及產業的市場準備 度(market readiness)進行評估, 並衡量可能受影響的關鍵產業。研 (123RF)

究報告指出,面對溫室氣體減量挑

新聞來源

1. 〈臺英攜手合作 首份碳定價研究報告出 爐〉,行政院環境保護署環管處,2020年12 月18日。 2. Carbon pricing options for Taiwan, London School of Economics and Political Science, 2020.


SciTech Reports

二○二一年一月十五日

動態時報

35

飛行如何零碳排? 將二氧化碳製成飛機燃料 作者|陳亭瑋

直到今天,航空飛行器仍大量 排放溫室氣體二氧化碳進入大氣層 中,但或許有一天,大氣中的二氧 化碳可反過來成為推進飛行器的燃 料。2020年12月22日《自然通訊》 (Nature Communications)所刊登的 研究,新研發的鐵基催化劑(ironbased catalyst),可有效將二氧化碳 轉化為航空燃油(jet fuel)。 隨著氣候變遷日益受到關注,

(123RF)

如何減少運輸業的碳排放為重要議 題。汽車可使用來自風力或太陽能

成兩大途徑,較常見為間接途徑,

的電力驅動,但飛機尚無法攜帶足

即將二氧化碳轉化為一氧化碳或是

研究團隊以攝氏300度、10倍大

夠的電池以電力作為能量來源。因

甲醇,再轉化為液態烴;其次則為

氣壓進行測試。最後的結果,催化

此研發永續、碳中和的航空燃油,

直接將二氧化碳與氫氣二者結合,

劑轉化了38.2%的二氧化碳,產物

方可減少航空旅遊業的碳足跡──

再經處理獲得燃料。直接反應通常

約有47.8%為碳數8到16的碳氫化

目前佔運輸領域總碳排量約12%。

被認為較經濟、更環保,因為涉及

合物,具作為燃料的潛力;其他的

航空燃油的主要成分為碳氫化

的化學步驟較少、過程的總耗能較

副產物則包括乙烯和丙烯等,可作

合物(hydrocarbon),理想碳數為

低,但多需要相對昂貴的材料,例

為塑膠的原料。由於二氧化碳可由

8到16。有許多研究嘗試將二氧化

如鈷來作為催化劑。

大氣提取,製成燃料燃燒會回放入

連結,由此合成碳氫化合物。

碳轉化為燃料,但由於其為熱力學

牛津大學(University of Oxford)

大氣中,此法如能用於取代石油製

上相當穩定、化學上具有惰性的

化 學 家 肖 天 存 ( Ti a n c u n X i a o )

成的航空燃油,則可望具碳中和效

分子,反應進行有一定難度。且

團隊透過有機燃燒法(Organic

益。

過往二氧化碳與氫反應之研究,多

Combustion Method)製造Fe-Mn-K

新聞來源

著重於合成較小的分子如甲烷、

催化劑(Fe-Mn-K catalyst),由較

甲醇、甲酸等;合成碳數大於5

廉價的成分組成,其中包含了鐵,

的碳氫化合物,即液態烴(liquid

且只需一個步驟即可轉換二氧化

hydrocarbon)的研究相對較少。

碳。此催化劑可協助分開二氧化碳

將二氧化碳轉化為液態烴可分

的碳與氧,並與反應室中的氫氣做

1. A new iron-based catalyst converts carbon dioxide into jet fuel, ScienceNews, 2020/12/22. 2. Benzhen Yao et al., Transforming carbon dioxide into jet fuel using an organic combustion-synthesized Fe-Mn-K catalyst. Nat Commun, 2020. 3. https://doi.org/10.1038/s41467-020-20214-z


36 二○二一年一月十五日

科技報導

動態時報

蕈類為何發光? 中研院發現小菇發光與演化奧秘 作者|李依庭

蕈類,不只是餐桌上常見的

世界上第一株發光蕈類,應出現於

佳餚,在野外、森林裡也十分常

距今1.6億年前的侏羅紀。接著在其

見,有些甚至會發光。小菇支系

後的白堊紀 (距今約1.4億年前)分

(Mycenoid lineage),是世界三大

化出小菇支系,也就是地球正值開

含有發光真菌的支系之一,也是臺

花植物大量出現時期。

灣主要分布的發光真菌。近期,中 央研究院最新研究發現,蕈類最早 的發光基因發生於1.6億年前。另 外,研究團隊也發現這些基因由於 特殊的演化機制正逐漸被淘汰。 2018年,俄國科學家發現蕈類 發光的主要基因簇(gene cluster, 〔註〕 ),但對於整個蕈類基因體

研究也發現,由於小菇支系的發 光基因簇位在高變異的位置,導致 基因體演化出高變異性且物種間基

中央研究院生物多樣性研究中心副研究員 蔡怡陞與其研究團隊,以臺灣的發光蕈物 種作為研究材料,研究蕈類的基因體結構 與演化歷史。相關研究刊登於去(2020)

因體大小差異較大,促使小菇支系

11 月《美國國家科學院院刊》(PNAS)

演化出能分解不同植物或與植物共

期刊,並獲選為當期封面故事。(中央研

生的多樣性物種。

究院提供)

不過,也因為發光基因高度變 異,所以在演化過程中被不斷重

內轉殖之癌細胞,或透過創造能自

組,部分蕈類發光的功能也因此

體發光的植物或環境汙染的生物感

漸漸被淘汰。而目前之所以還有

測警示器。此外,有些小菇屬真菌

發光蕈類存在,研究團隊認為可能

會導致咖啡產生葉斑病,或本身是

臺灣4種會發光及1種不會發光的真

是因為其冷光剛好對適應環境有所

開花植物的營養來源,持續探索這

菌,進行基因體定序。

幫助,例如可透過光線吸引昆蟲啃

些蕈類的基因體,都有助于提升生

食、幫助散播孢子等。

物資源的利用。

結構及演化歷史仍不清楚。有鑑 於此,在中研院生物多樣性研究 中心、植物暨微生物學研究所和中 興大學等單位共同合作之下,採集

研究發現,相較於其他支系, 小菇支系的基因體大小差異性

另外,研究團隊也發現,在不同

大。其中,在具有較大基因體的

發育階段發光程度也會有所差異,

真菌中發現跳躍基因,也就是轉

發光蕈體內有54個基因的表現量會

位子(transposable element)較

與發光基因簇交互改變,代表這些

多,而負責抑制轉位子的甲基化

基因可能也會調控真菌的發光程

新聞來源

(methylation)則較少。

度。若能進一步掌握其調控,將有

1. 〈臺灣也有發光菇!中研院追溯基因演化史 找尋蕈類發光的意義〉,中央研究院,2020 年12月15日。 2. Huei-Mien Ke et al., Mycena genomes resolve the evolution of fungal bioluminescence, PNAS, vol. 117(49), 2020.

另外,透過化石資料及分析42種

助瞭解真菌調控發光的生態意義。

菇類、總共50萬多個基因,並以基

目前,這些發光蕈類的基因可以

因序列為線索往前追溯,團隊推估

活用於各領域,例如可用於追蹤體

〔註〕在生物體內,一個個基因會排列組成基 因簇,再組成完整的基因體,而基因體的結構 不同決定物種差異。


SciTech Reports

二○二一年一月十五日

動態時報

37

美國從駱駝分離出COVID-19的奈米抗體 作者|李依庭

2019冠狀病毒疾病(COVID-19)

棘蛋白(spike protein)會與宿主細

已申請了NIH-CoVnB-112奈米抗

疫情在國際持續嚴峻,且接二連三

胞表面受體的血管收縮素轉化酶2

體的專利。任職於美國軍醫大學

地有不少國家爆發第二波疫情,各

(angiotensin-converting enzyme 2,

(Uniformed Services University of

國科學家無不為了疫苗開發努力。

ACE2)結合,隨後釋放病毒至細

the Health Sciences)、同樣也是通

近期,由美國衛生研究院(National

胞中。因此,研究團隊便嘗試針對

訊作者的布羅迪(David Brody)

Institutes of Health, NIH)的研究

SARS-CoV-2上的棘蛋白製造抗體,

表示,此奈米抗體與大多數常規抗

人員從美洲駝中分離出一組奈米抗

藉由抑制棘蛋白與ACE2受體的結

體不同,它們可以透過霧化讓人吸

體,能針對COVID-19的新型冠狀

合,進一步阻止病毒感染。

入,藉此將抗體覆蓋於肺和氣管來

病毒SARS-CoV-2進行防禦、預防 感染。

因此,研究團隊將純化的SARS-

達到預防感染。

CoV-2棘蛋白注射到美洲駝體內,

另外,第一作者埃斯帕薩

此奈米抗體是由駱駝科動物中

使其產生免疫反應進而產生抗體。

(Thomas Esparza)也表示,目前

的免疫系統所自然產生的一種特殊

在測試數百種抗體之後,研究人

研究在美國衛生研究院的支持下有

類型的抗體,其重量約為大部分人

員發現其中一個被命名為NIH-

了初步結果,但未來仍需進一步確

類抗體的十分之一。此類抗體和一

CoVnb-112的奈米抗體與ACE2的結

認此納米抗體是否可以安全且有效

般傳統抗體相比能快速累積於組織

合力最好,為其他試驗抗體的2∼

地預防COVID-19。

中,即使是進入體內但未結合的奈

10倍。他們進一步將模擬SARS-

米抗體也可易被清除,毒性較低。

CoV-2的假病毒(pseudovirus)放入

由於此奈米抗體超小分子量的

具有人類細胞的培養皿中,以模仿

特性比典型抗體更穩定,能透過

SARS-CoV-2透過棘蛋白感染具有人

口服或吸入方式給藥,因此越來

類ACE2受體的細胞。

越多的研究人員使用它進行醫學研

研究人員發現,相對少量的NIH-

究。像是幾年前,科學家也曾利用

CoVnb-112奈米抗體可阻止假病毒

此種人類化奈米抗體(humanized

感染培養皿中的細胞。更重要的

nanobodies)治療一種罕見的自體

是,研究人員發現,由於它易於吸

免疫疾病——血栓性血小板減少性

收的特性,若將抗體放入哮喘患者

紫癜(thrombotic thrombocytopenic

的噴霧器中,對培養皿中噴撒霧

purpura, TTP),比起目前常規療法

化後的抗體,同樣能防止細胞受感

效果更佳。

染。

在這次COVID-19疫情中,科學

目前,此研究已發表在《科學

家現階段已知SARS-CoV-2表面的

報告》(Scientific Reports),並

新聞來源

1. Thomas J. Esparza et al., High affinity nanobodies block SARS-CoV-2 spike receptor binding domain interaction with human angiotensin converting enzyme, Scientific Reports, 2020. 2. NIH neuroscientists isolate promising mini antibodies against COVID-19 from a llama, National Institutes of Health, 2020.


38 二○二一年一月十五日

科技報導

動態時報

以色列團隊研發能治療聽力的基因療法 作者|李依庭

失聰是常見的感覺障礙,根 據 世 界 衛 生 組 織 ( Wo r l d H e a l t h Organization, WHO)的統計數據, 全世界大約有10億人的聽力受損, 並且在未來的幾十年內人數可能會 翻倍成長。另外,在新生兒中,每 200名兒童有1位兒童天生患有聽 力障礙,每1000位兒童就有1位失 聰。這些孩童造成聽力障礙的原因 有一半是因為基因突變所引起,而 目前科學家已找出約100種與耳聾有

本研究的通訊作者、於臺拉維夫大學任教的教授 Karen Avraham(左),和其學生、本研

關的基因。

究第一作者 Shahar Taiber(右)。(臺拉維夫大學)

近期,以色列臺拉維夫大學(Tel Aviv University)和波士頓兒童醫 院(Boston Children's Hospital)共 同合作,提出了一種治療耳聾的方

因此,研究團隊嘗試使用一種基

導致聽力缺陷的基因上,因此研究

因療法,以AAV9-PHP.B合成腺病

團隊也積極將此療法應用在不同基

毒為載體,攜帶正常SYNE4基因,

因缺陷的遺傳疾病上。

再將腺病毒注射到出生後不久、帶

並未參與研究、任職約翰斯

有SYNE4基因缺陷的小鼠內耳中,

霍普金斯大學醫學院(The Johns

並從生理及行為上監測小鼠的聽力

研究團隊在兩個以色列家族中

Hopkins University School of

功能。經過治療後,小鼠體內的毛

發現一種SYNE4基因突變的罕見遺

Medicine JHUSOM)的簡(Wade

細胞會被修復,進一步恢復聽力,

Chien)則認為,此療法帶來的治療

傳疾病。一般情況下,它所轉譯出

其靈敏度幾乎與沒有基因突變的健

效果顯著,且越來越多的基因治療

的nesprin 4蛋白質負責細胞骨架與

康小鼠相同。

研究發現可以成功地應用在遺傳性

法,透過載體將遺傳物質輸送至小 鼠內耳細胞中,進而改善聽力。

核骨架(nucleoskeleton)之間的連

此研究成果該已於去(2020)

接。但是當此基因突變時,會使

年12月22日發表在《EMBO分子醫

療在失聰治療上的巨大潛力。

內耳耳蝸內毛細胞中細胞核定位錯

學》(EMBO Molecular Medicine)

新聞來源

誤,導致患者無法接受聲波。帶有

期刊中。一同參與此研究、任職

此缺陷基因的新生兒出生時聽力正

波士頓兒童醫院的霍爾特(Jeffrey

常,但突變基因所轉譯出突變蛋白

Holt)表示,此基因療法可以有效

質會漸漸使毛細胞變性、死亡,最

地應用於SYNE4基因缺陷的小鼠以

終聽力完全喪失。

挽救其聽力,或許也能運用在其他

1. Shahar Taiber et al., Neonatal AAV gene therapy rescues hearing in a mouse model of SYNE4 deafness. EMBO Molecular Medicine, 2020. 2. American Friends of Tel Aviv University, Scientists at TAU develop new gene therapy for deafness, 2020.

聽力損失的小鼠上,說明了基因治


SciTech Reports

科學月刊

二○二一年一月十五日

39


40 二○二一年一月十五日

科技報導

編輯室報告

你,應該有更好的曝光! 《科技報導》徵求報導題材

廣告索引 錫昌.......................... 3 雙鷹.......................... 5 日龍.......................... 7

從追根究底的基礎科學研究,再

為目標,經營超過38年。我們不間

將研究中的精華,跨領域結合不同

斷地報導著科學、科技產官學研領

知識,成為新的科技產品。這一路

域的重要事件,希望能為關注科學

每個環節所要投入的心血,常常只

研究、科技發展的人,整理出近期

有身在其中的人才能明瞭。即便登

可留心的研究、政策與時事議題。

上了知名期刊,或有機會透過新聞

並且我們也致力於成為一個開放讓

稿、記者會來發表,最終卻不一定

讀者投書,對於科技政策、公眾議

能達到預期的效果。

題以科學觀點發表評論的平台。

想要好好把你們團隊的研究記錄

我們期許《科技報導》能夠為科

下來,但苦於沒有辦法在研究、研

學研究者、科技產業人員發聲,透

發、教學、行政、撰寫論文等日常

過我們的報導讓重要的臺灣研究多

工作中抽出時間,或是沒有適合的

一個被大眾看見的機會。如果你的

人選可以把團隊的故事寫得能夠吸

團隊、公司的成果有意願被採訪,

引人閱讀,又或是沒有好的發表空

歡迎掃描以下QR code填寫表單,

間?

將團隊的研究特色告訴我們,也歡

益弘.......................... 9 勵眾生活..................... 10 矽新......................... 13 牟博科技..................... 29

你。每一期我們會在時間和人力許 可範圍內,安排報名的團隊受訪並 刊登。我們相信,你的研究一定有 亮點,值得被更多人看見。 也歡迎正在閱讀《科技報導》的 你,透過付費訂閱或捐款贊助的方 式支持這份刊物的營運,需要相關 資訊請來信 scimonth@gmail.com。

《科技報導》自1982年創刊以

迎附上重要的研究論文、網站或相

歡迎掃描QR code

來,以「全方位視野 科技人關懷」

關參考資料,讓我們可以迅速了解

填寫表單!

《科技報導》稿約 本刊為科技新聞刊物,除了提供當月重要的學界、政策、產業訊息外,並有學者專家針對科技(含醫療)政策、教 育、產業相關的時事發表評論或提供專業意見。竭誠歡迎關心臺灣科技發展的您,就上述方向踴躍投稿。寫作時請依 照稿約:

一、避免學術專業論文寫作格式。 二、字數盡量在2000至3500字內,可附相

關圖或表至多5張。

三、請遵守著作權法,如有著作權爭議(包括圖片),由作者自行負責。一經投稿, 即視同授權刊載。 四、稿件刊出後將致贈當期刊物一本及薄酬(稿酬將於刊出當月月底寄發,由第一作者代表簽收)。 稿件請寄至scimonth@gmail.com,註明真實姓名、聯絡方式、服務機關或就讀學校,並請於信件主旨中標示「科

技報導投稿」。

Profile for 科學月刊 Science Monthly

科技報導1月號 469期  

想進一步了解科技報導嗎? 出發前往官網www.scimonth.com.tw!

科技報導1月號 469期  

想進一步了解科技報導嗎? 出發前往官網www.scimonth.com.tw!

Profile for 627916
Advertisement