111地特三等衛生技術

生物技術

申論題

《考題難易》：★★★
《解題關鍵》：此題很冷門。偏向人畜共病的共享健康。對於人畜共通的禽流感，以及略懂生態衝擊，就可以作答，只是較難滿分。
  1. One health意義
    同一健康（One health）又譯作共享健康、唯一健康、一體化健康、大健康、全健康、是涉及人類、動物、環境衛生保健各個方面的一種跨學科、跨地域（國家、地區、全球）協作和交流的新策略，致力於共同促進人和動物健康，維護和改善生態環境。
    因人為因素造成的氣候變遷所造成的新興傳染病，不僅對人類（以及糧食供應與經濟體）造成威脅，也同時會對各物種造成威脅，因此在未來的世界中，「共享健康」為重要的全球運動。「共享健康」的目地在於促進不同學科領域的專業人員，於當地、全國進而全球的範圍內，彼此合作努力，致力於為人類、動物、植物和我們的環境實現最佳健康衛生。

    人類與動物的健康衛生關係，乃是密不可分的。
    對健康與疾病的廣泛了解，僅有在人類、家畜與野生動物都能夠享有健康的情況下，才得以實現─亦即「共享健康One world One health」。
  2. 當前台灣衛生單位針對One health的相關生物檢測及防治措施
    1. 人畜共通疾病的生物檢測與措施
      疾病的分子檢測: DNA, RNA, 蛋白質與代謝物。
      獸醫流行病學之父卡爾文．史瓦伯（Calvin Schwabe）曾提出人醫與獸醫在各種學理上有相關性，甚至是共同的，因此人醫與獸醫應共同採取行動，以預防人畜共通傳染疾病的發生，這是健康一體“One Health”的濫觴。
    2. 生物多樣化的生物檢測與措施
      若從生物多樣性消失來看，Edward O. Wilson在《生物圈的未來》一書中提出河馬效應（The HIPPO dilemma），河馬效應一詞是取危害生物多樣性因子的字首為Hippo而來，其因子包含：
      1. 棲息地破壞（Habitat destruction）
      2. 入侵外來種（Invasive species）
      3. 人口數增加（Population growth）
      4. 污染（Pollution）
      5. 環境資源過度利用（Over-exploitation）。
      除了上述五項因子，近年科學家也將氣候變遷（climate change）列入造成生物多樣性流失的因子之一。除了燃燒化石燃料（煤、石油、天然氣）以外，人類對森林進行砍伐進行集約化耕作，乃至於或焚燒行為，都直接和間接加劇了氣候變遷衝擊。
      由此可知，危害生物多樣性，同時也會危害了動植物，進而增加了新興人畜共通傳染病傳播的機會而危害人體健康。更因為人類國際旅行與企業商務、相關動物產品貿易的增加，使得疾病可以迅速跨越國界和遍布全球。
      因此，保護好生態系統的穩定性與完整性，將動物(無論是野生動物和飼養動物)的健康照顧好，人類健康也會跟著好，這即是根基於曼哈頓原則所倡議的健康一體(One Health)的實踐思維。人們應該以更整體的做法，來預防被忽視的及地方性的人畜共通傳染病、最近新興或再現的傳染疾病，共同謀求人類、家畜動物以及保育生物多樣性的福祉，而維護生態系統的完整性。
《考題難易》：★★★
《解題關鍵》：腸道微生物菌相與微生物基因群組，此題不難。中文解釋對就可以得分，至少可以取得一半15分成績。
  1. 腸道微生物菌相與疾病之相關性及其理論。
    人體腸道菌叢與身體各器官連結，如腸-腦軸(Gut-Brain axis)，腸-皮膚軸(Gut-Skin axis)，腸-肝軸(Gut-Liver axis)，腸-免疫軸(Gut-Immune axis)，對人體的健康生理病理機制扮演重要角色。
    1. 腸-腦軸(Gut-Brain axis)：
      是消化道與中樞神經系統間雙向溝通的生物化學路徑，而微菌叢(microbiota)，特別指的是腸道微菌叢，可以藉由調節免疫系統及分泌相關因子例如短鏈脂肪酸，來進一步調節大腦功能與認知行為，因此延伸出「微 菌叢-腸-腦軸線」這個名詞來描述腸道菌種在此交 互作用間的角色。其對於人類健康及疾病的角色漸漸受到重視，藉由腸道微菌叢與中樞神經系統的溝通來達到調節大腦認知與行為，甚至是食慾調控及代謝；腸道微菌叢代謝產生的短鏈脂肪酸也會通過腸道上皮而與中樞神經系統的NMDA接受器(N-methyl-d-aspartate receptor)作用，進而影響我們的認知功能與行為，NMDA接受器與思覺失調(schizophrenia)及神經退化性疾病的發生有關，如憂鬱症、失智症(dementia)及自閉症(autism)等。
    2. 腸-皮膚軸(Gut-Skin axis)：
      腸道微菌叢失衡（intestinal dysbiosis）與許多皮膚疾病的產生密切相關，包含痤瘡（acne vulgaris）、異位性皮膚炎（atopic dermatitis）、乾癬（psoriasis）等常見的皮膚科疾病。
    3. 腸-肝軸(Gut-Liver axis)：
      許多證據顯示肝性腦病變的發病機轉與腸道微生態失調（gut microbiota dysbiosis）有關，並且末期肝病患者經常出現的症狀，包括小腸蠕動能力受損、小腸細菌過度增生、腸道屏障功能受損、全身性發炎反應以及腸道微菌叢的副產物在肝性腦病變中都扮演很重要的角色。
    4. 腸-免疫軸(Gut-Immune axis)：
      腸胃道共生菌會調節宿主腸胃道的代謝與免疫功能，和宿主的健康與疾病息息相關。缺乏腸胃道共生菌，會造成腸道免疫系統發育不良，且腸道黏膜的發育與完整性也會受損。
  2. 微生物群相(Microbiota)檢測技術及原理
    高通量多重體(組)學技術的突破進展，次世代基因測序儀及超級電腦高速運算處理的大量資料量，使新開發的薈萃基因體醫學(Metagenomic medicine)成為一門新興的現代醫學，用於微生物群相(Microbiota)檢測技術。
    1. 微生物群相的培養。
    2. 宏觀基因體學Metagenomics檢測：
      宏觀基因體學近年來成為一個特別工具，用於研究環境中、人體內等的微生物多樣性和其功能分析，特別是來自於土壤、海洋、空氣、植物和動物腸胃道共生菌等樣品。
      宏觀基因體學的研究方向主要為微生物，由於有99%以上的微生物是無法仰賴人工培養的，因此，如果想要描繪真實環境的生化代謝圖譜，最有效的方式就是直接萃取環境中的遺傳物質 (包含DNA與RNA) 加以分析，藉由這些基因體資訊，對環境代謝路徑有通盤了解。
      宏觀基因體學的定序策略分成兩大類：
      1. 全基因體霰彈槍法(whole genome shotgun sequencing)
      2. 16S目標區間定序 (16S targeted sequencing)
  3. microbiota和microbiome差異
    微生物基因組群(Microbiome)，與微生物群相(Microbiota)兩者常被互通使用。
    1. microbiota微生物群相
      人類視為是人-菌共生(Symbiosis)，甚至是合生(Holobiont) 的超級生物觀念(Concept of Superorganism)，人體應可認定是地球上最複雜的生態系統之一，與人體共同演化之各部位微生物群相(Microbiota)有相當高的密度、多樣性及複雜性。
    2. microbiome微生物基因組群
      人體存有不可計數的微生物，其中腸道約有百兆微生物，為人體十兆細胞數的十倍，估計更具有二百萬至三百萬的基因數，是人類遺傳基因百倍以上；藉分析基因組來探討整個組成，則稱為微生物基因組群(Microbiome)。
《考題難易》：★★★
《解題關鍵》：SARS-CoV-2今年高考沒出題，原來佔了50分在地方政府特考。還好，這一題都在課堂解釋過，同學們應該都可以拿到40分。
新冠肺炎病毒的變異株與疫苗，一直是與生技免疫領域的重點。
  1. 歷年來全球SARS-CoV-2病毒變異株的演變與其定義
    1. SARS-CoV-2 病毒為 RNA 病毒，在複製的過程中容易發生突變而形成變異株(variants)，當RNA中的某些位點發生突變（包括取代或缺失）而改變原先對應的胺基酸時，就可能造成病毒蛋白結構的變化。整個RNA序列都可能發生突變，但又以棘蛋白(spike protein)基因上的突變最受關注。

      新冠肺炎病毒從最早出現的「武漢病毒株」早已消失，取而代之的是各種各樣的變異株α、β、γ。從2021年7月起主宰全球的Delta病毒株，到11月入冬後最新爆發出「集各種突變大成」的Omicron，再延伸到各種Omicron子型。2022年4月，全球陸續爆發大規模的確診潮，台灣也加入其中，首波4月為BA.2病毒株；8月出現第二波確診潮，截至9月初，此波本土個案BA.5佔比已達55.3%。11月，BA.5的強勢地位受到多種變異株影響，包括X.BB、BA.2.75、BQ.1等子型仍在競爭中。
    2. 美國 CDC 及 WHO 依據這些變異對疾病表現與防治措施的影響，將變異株分為需留意變異株(Variants of Interest, VOI)、高關注變異株(Variants of Concern, VOC)、以及高衝擊變異株(Variant of High Consequence)。
      1. 需留意變異株(Variants of Interest, VOI)：
        此類變異株，可能會因棘蛋白突變位點而影響抗體的中和能力，疾病傳播力和嚴重度及診斷工具。如 B.1.525、B.1.526、P.2 變異株。
      2. 高關注變異株(Variants of Concern, VOC)：
        此類變異株，已有文獻證實具有因棘蛋白突變而降低抗體的中和能力、增加病毒傳播力及疾病嚴重度的特性、且可能影響現有診斷工具及造成疫苗保護力下降。這些變異株已在特定區域盛行，像是 B.1.1.7、B.1.351、P.1、B.1.427 及 B.1.429。
      3. 高衝擊變異株（Variant of High Consequence, VOHC）：
        此類變異株具有明顯降低現有疫苗保護力、與增加疾病嚴重度等特性，並影響診斷工具，對現有的預防及治療方式效果不好。目前尚無變異株被歸到此類。
      4. 受監測變異株(VBM) 用於描述美國的所有具有關注替代的變異株，包括之前 的需留意變異株( VOI) 和高關注變異株 (VOC)，這些變異株目前正由 CDC 進行監測，以了解有關其公共衛生的影響，但被認為不會對公眾構成重大或即將發生的風險。
  2. SARS-CoV-2感染的主要兩種檢測方法及其原理，比較其優劣。
    SARS-CoV 2 (Severe Acute Respiratory Syndrome Coronavirus 2)實驗室診斷可分為三部份，分別為病毒核酸檢測、病毒抗原檢測及病毒分離培養。以前兩種為主要檢測方法。
    1. 病毒核酸檢測
      此系統的定量原理是利用一標記兩種螢光的 DNA 探針來偵測聚合酶鏈反應的產物。此 DNA 探針的 5’端標記一報告染劑（reporter dye），3’端則標記一遮蔽染劑（quencher dye），完整的 DNA 探針其報告染劑所散發出的螢光會被遮蔽染劑所掩蓋。當聚合酶進行延伸反應（extension phase）時，具有從 5’端 DNA 切割活性的 DNA 聚合酶將探針切割，使得 5’端報告染劑與 3’端遮蔽染劑分開，遮蔽效應被破壞，此時即可偵測到螢光反應。
    2. 病毒抗原快速檢測
      測原理 COVID-19抗原快速檢測試劑是透過側向流免疫層析法，藉由專一性抗體檢測檢體中是否帶有新型冠狀病毒之核蛋白抗原。進行檢測時，將處理後的檢體滴入試劑樣品槽，若檢體中帶有抗原，則試劑會同時出現紅色控制線(C line) 以及測試線 (T line)；若無抗原存在或是低於檢測極限，則只有控制線 (C line) 的出現。
      檢測方法的優缺點：
  3. 兩種台灣施打的疫苗種類，敘述其提供保護的原理。
    依據施打數量，主要兩種台灣施打的疫苗是AZ疫苗(2484萬劑)及莫德納疫苗(2000萬劑)
    1. AZ疫苗：完整接種可預防63%有症狀感染之風險，保護力約81% (60% ~91%)。
      1. AZ（AstraZeneca疫苗）為腺病毒疫苗。腺病毒疫苗就是將一段製造病毒表面棘狀蛋白的DNA放入腺病毒中。該病毒是無毒的，將其送至人體細胞後，誘發人體的免疫反應。
        AZ疫苗優點為: 全世界最廣泛被施打的疫苗，有大量實證數據，成功控制英國的疫情，防重症方面、面對印度變種病毒Delta不會輸給BNT，打完第一劑14天後便已經有不錯的保護力，未來有混打的機會，AZ混打BNT在牛津研究中做出來有和BNT/BNT差不多的中和抗體，卻有更高的細胞免疫；
        缺點則有第一劑不良反應高，須注意血栓併血小板低下的副作用，在4至28天內發生，約十萬分之一。
    2. 莫德納疫苗：完整接種可預防94%有症狀之感染。
      莫德納疫苗為 mRNA疫苗。mRNA 疫苗沒有任何活的病毒牽涉其中，也沒有遺傳物質會進入細胞核之中。經修飾過的mRNA-1273（信使RNA）疫苗會將能製造新冠病毒表面棘狀蛋白的mRNA，經由奈米脂質顆粒(lipid nanoparticle, LNP)包覆後送進人體內，並且製造棘狀蛋白。當這些棘狀蛋白出現在巨噬細胞的表面時，就會誘使產生免疫反應，模仿被真的病毒攻擊時的情景，藉此產生免疫力。
      莫德納疫苗的優點有，在臨床試驗中表現和BNT不相上下。產生的中和抗體是目前疫苗中極高的；缺點則為，第二劑不良反應高，30歲以下男性有心肌炎的風險。延後到10至12週施打的保護力是否會下降未知。僅打完第一劑的保護力可能還比AZ差一些，需要打完第二劑14天後才有最好的保護力。
    不論是AZ疫苗（AstraZeneca疫苗）、BNT疫苗（Pfizer-BioNTech疫苗）還是莫德納（Moderna疫苗），依據第三期臨床試驗結果，大致上副作用可分為以下7項：注射部位疼痛、疲倦、頭痛、肌肉痛、畏寒、關節痛、>38度的發燒。
  4. 一種目前治療COVID-19的口服藥物及其作用機制。
    COVID-19治療用口服藥物（Molnupiravir）
    適用對象：確診陽性者（符合使用條件才能開病毒藥、並非所有確診者都需要吃抗病毒藥）。
    Molnupiravir是N-羥基胞苷 (N-hydroxycytidine, NHC)的前驅藥(prodrug)。口服 molnupiravir後，NHC會循環全身並在細胞內磷酸化為NHC三磷酸。病毒的 RNA聚合酶會利用NHC三磷酸來合成病毒RNA，導致病毒基因組錯誤的積累，最終使得病毒無法複製。

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