科學人 ：尖端醫學

■尖端醫學

抗生素無敵的時代已經遠去了，愛滋病等重大疾病的疫苗發展卻停滯不前。人類對抗病原體的戰爭，距離落幕還遠：狂牛病依然讓人捉摸不定，瘧疾每年帶走數百萬條人命，抗藥性細菌在各大醫院中肆虐，新興疾病與基因不斷重組的流感病毒，從各種動物竄向人類傳播。在《尖端醫學》特輯中，站在最前線的科學家，執筆寫下與病原鬥智鬥力的過程、在各戰役中的貢獻，以及對未來醫學的看法，帶給我們警惕，同時也帶來希望。

除了藥物，許多新技術不但能夠對抗疾病，還能搶救因休克而瀕死的病人。原本是毒素的肉毒桿菌毒素，已廣泛使用於醫學美容，還能緩減頭痛。科學家結合了幹細胞與組織工程的技術，做出人造肌肉、在試管中培養牙齒，人工器官也已在望。電子科技讓患者在虛擬世界中減緩真實的疼痛，讓膠囊大小的無線內視鏡仔細檢查人體內部。這些醫學技術上的最新發展，都在《尖端醫學》特輯裡從頭細說。

精采單元：防治傳染病．細菌戰爭．疫苗妙用．公衛焦點．五花八門新醫技

■推薦序

◎陽明大學特聘講座、生化暨分子生物研究所教授   徐明達
這本特輯收集25篇與醫學發展有關的文章，從防治疾病到飲水加氟及人造器官、試管牙齒等與健康息息相關的知識，非常?得閱讀。《科學人》的文章一向圖文並茂，不但內容精采、深入淺出，生動易懂的插圖更讓一般民眾可以很容易了解先進的科學知識，甚至對在這些領域的專家也很有啟發性。這本書雖然是集結這幾年的文章，但我查閱最近有關的論文，並沒有發現更新的觀念或進展，它仍然提供了這些領域最好、最正確的知識，對年輕學子的學習特別重要。我建議中學及社區的圖書館都應購置它，來提升我國的科學教育。

◎中央研究院副院長、基因體研究中心特聘研究員   陳建仁
《科學人》雜誌發行的《尖端醫學》特輯，集結了2003至2010年間，很多位國際知名學者的精采醫學科普文章，他們以流暢易懂的文筆、精緻豐富的圖解，深入淺出地介紹最新的醫藥新知。本書內容涵蓋傳染病防治、細菌戰爭、疫苗妙用、公衛焦點、創新醫技等，不僅讓一般讀者興趣盎然而獲益良多，也讓醫藥領域的讀者溫故知新而見賢思齊。近年來，台灣的醫藥科技研發蓬勃發展，給世人帶來平均壽命的延長和生活品質的提升，希望未來能看到台灣傑出科學家所撰寫的尖端醫學科普文章。

◎長庚大學奈米材料實驗室主持人、長庚生技董事長   楊定一
《科學人》雜誌結合科學趨勢與前瞻思維，有此科學與人文對話的平台實為廣大讀者的福氣。不同於其他科普期刊，《科學人》由編輯與各領域具代表性之專家合作，運用深入淺出的文字闡述科學新視野。10歲時它就已是我最喜愛的科普期刊。個人與《科學人》淵源深遠，1988年我為其寫了篇封面故事，分享免疫系統中的殺手細胞如何辨識與殺死目標，之後幾乎每10年我就為它寫篇文章，發表最新研究。很高興獲知《尖端醫學》特輯即將發行，其內容結合尖端技術與實用議題，相信必能為讀者開啟科學新思維。

◎中央研究院分子生物研究所特聘講座、中國醫藥大學講座教授   賴明詔
在人類歷史中，死於傳染病的人數不遜於死於戰爭的人數，而醫學對人類最大的貢獻就是抗生素的發現及疫苗的研發，終使人類脫離瘟疫的威脅，所剩下的就是一些難纏的細菌、寄生蟲、不斷出現的新病毒及抗藥細菌，尚待科學家持續與之搏鬥。《科學人》雜誌在過去10年介紹了許多有關傳染病的新知識，以及幹細胞、生醫材料等新醫學科技的進展，這些文章集結成為《尖端醫學》特輯。它淺顯易懂，引人入勝，讓我們更加了解對付傳染病的新武器，同時也是現代人了解現代醫學必讀的書。

百年來細菌與病毒帶給人類的啟示∕蘇益仁

    雖然人類與微生物在自然界相處可上溯自人類初始，但微生物被發現與人類疾病息息相關，也不過只有一百多年的歷史。法國的巴斯德與德國的柯霍在19世紀末與20世紀初期，揭開了微生物引發人類傳染病過程的序幕。繼而病毒在電子顯微鏡下的真面目也為科學家所觀察到，微生物在自然界的生態及對人類的威脅也逐漸明瞭。到了21世紀，科學的發展已能經由監測工作及分子基因診斷而發現早期的疫情，並開發藥物及疫苗來預防。2003年的SARS及2009年的豬流感pH1N1，幾乎都在疫情發生的幾個月內就受到控制，免除全球性災難的發生，這在19世紀之前是不可思議的事。

 然而「道高一尺，魔高一丈」，在20世紀人與微生物的戰爭中，科學家發現，對於微生物的控制，不如20世紀初抗生素如盤尼西林剛被發現時的樂觀，細菌及病毒自有一套生存之道，就如俗語所說「一枝草、一點露」，這些病原體在抗生素及抗病毒藥物的攻擊下，衍生出一系列的防衛機制以茍活殘存，而後演變成金剛不壞的「超級細菌」或發展出對抗藥物的機制等，令科學家及醫藥界傷透腦筋、疲於奔命。人類會不會面臨到無藥可用、被微生物反噬的境界，正是目前醫學界面臨的課題。人與微生物間如何共存，其實是科學家必須好好思考及研究的主題。

    本特輯中的四個單元其實勾勒出科學界在過去一百多年間，從人與微生物互動的經驗中所獲得的寶貴知識。在第一單元的「防治傳染病」中，指出自然界生態的改變及破壞，是人類傳染病大流行發生的根源。自然界環境中，動植物的互動經歷千百年或更久的演化，已達成一個共生平衡的生態環境，人類只不過是這一個生態系統中的一員而已。但隨著人類的戰爭、遷徙、對資源的採取與利用，使得原始的生態環境的平衡遭受破壞，原本只存在動植物間的微生物開始傳染到人類，形成所謂的人畜共通（zoonotic）感染。

    人畜共通感染幾乎是20世紀及21世紀以來人類全球疫情的主要來源。狂牛症、瘧疾、水患而來的血吸蟲病及鉤端螺旋菌、鼠疫、愛滋病、SARS、禽流感等引起大疫情疾病，其病原體幾乎都和環境及動物間的傳播有關。因此，監測環境中生物的病原，也成了世界衛生組織及各國疾病管制局最重要的任務。2003年引發恐慌的SARS，最後被證明其原始病毒本來存在於野生的蝙蝠，之後傳到市場的果子狸，最後再傳給人類。在這系列的人畜傳播過程中，病毒為適應不同宿主的免疫攻擊，不斷演化，終至造成危害人類的傳染病。

    與人畜共通病毒傳染的演變類似的是細菌的演變。第二單元的「細菌戰爭」其實也代表著20世紀抗生素發明以來醫學的勝利與困境。如上所述，細菌在抗生素的攻擊下，衍生出一系列針對細胞壁、蛋白質、核甘酸等不同藥物的突變及抗藥性，進而演化出超級細菌，目前有許多細菌，包括金黃色葡萄球菌、腸球菌、結核分枝桿菌等，都已出現這樣的情況，對人類構成嚴重的威脅。目前在醫院中，尤其是加護病房，都存在著這些超級細菌，有5~20%的病人因住院而感染這些抗藥菌株，而須以最後一線且昂貴的抗生素治療，但依然有很多人死於這些細菌。

    在第三單元的「疫苗妙用」中，代表人類發明抗生素後另一項對抗微生物的法寶，即疫苗的開發。在人類醫學史上很多疫病的消失或控制，都有賴疫苗的發展，這是人類科學的勝利，天花、小兒痲痺等的絕跡或控制，都與疫苗的應用有關。對愛滋病及瘧疾的疫苗的開發，並不成功，乃因病原體的突變過快，所開發出的疫苗無法應付這些狡猾的病原。人類的免疫系統雖然健全及完整，但整體免疫系統的弱點也在這些病原的攻擊下呈現出來。科學家正竭盡全力研究如何增強人體的免疫系統，如以新佐劑去增強原始免疫系統中的樹狀突細胞（dendritic cell），以便活化T細胞，配合抗體的產生，聯合夾攻病毒，或對病毒引起的癌細胞提供免疫治療。

    20世紀末期繼人類基因組計畫完成之後，美國國家衛生研究院另外開啟微生物基因組的研究，其中最重要的成就是發現人類腸道菌與益生菌之間的精彩互動，也許可以為人類與微生物的互動提供發展應對方向及策略。醫學界開始利用對人體有益的細菌以對抗病原菌，或去應用細菌毒素如肉毒桿菌毒素，來增進人類幸福。這也是本書第四單元「五花八門新醫技」所嘗試要探討的主題，也可能是21世紀生物科技的全新發展方向。

    醫學的發展中，新創造的原理其實並不多，主要的還是去探討已存在的生物奧妙，進而提出良方去治療疾病。所有的這些發展都必須根植於細微的觀察、好奇心的驅使、科學能力的養成以及跨領域科技的應用方能成功。過去百年的科學發展已告訴大家，匯集全人數的智慧是可以一步步解決微生物禍害，更進而藉由新科技去發現對人體有益的微生物及其產物，進而造福人類。（作者為國家衛生研究院感染症與疫苗研究所所長）

導　讀
4 百年來細菌與病毒帶給人類的啟示
撰文∕蘇益仁

單元一　防治傳染病
8 狂牛哪裡逃？
撰文∕普魯希納（Stanley B. Prusiner）

18 終止瘧疾悲歌
撰文∕敦納凡（Claire Panosian Dunavan）

26 對抗血吸蟲
撰文∕斯科利（Patrick Skelly）

34 水漫蟲生鼓脹病
撰文∕鄧致剛、陳玉純

38 監測野生動物
預防下一個傳染病
撰文∕沃爾夫（Nathan Wolfe）

單元二　細菌戰爭
46 幽門螺旋桿菌：胃的友善敵人
撰文∕布雷塞（Martin J. Blaser）

56 看不見的傳染病
撰文∕歐秋斯（David M. Ojcius）、達維爾（Toni Darvill）、巴沃義爾（Patrik M. Bavoil）

64 迎擊抗藥性細菌
撰文∕華爾希（Christopher T. Walsh）、費希巴哈（Michael A. Fischbach）

72 反制結核
撰文∕巴瑞（Clifton E. Barry III）、張梅嘉（Maija S. Cheung）

80 細菌的制勝兵法
撰文∕芬利（B. Brett Finlay）

單元三　疫苗妙用
90 漫漫30年，輪狀病毒疫苗終有成
撰文∕葛拉斯（Roger I. Glass）

100 抗體水晶球，疾病新指標
撰文∕諾特金斯（Abner Louis Notkins）

108 愛滋疫苗路迢迢
撰文∕華金斯（David I. Watkins）

116 佐劑，讓疫苗更夠力
撰文╱加康（Nathalie Garcon）、高德曼（Michel Goldman）

124 創新疫苗 終結瘧疾
撰文╱卡邁克爾（Mary Carmichael）

單元四　公衛焦點
134 飲水加氟的公衛爭議
撰文╱費根（Dan Fagin）

142 吃麵包為何也會拉肚子？
撰文∕法沙諾（Alessio Fasano）

150 美容聖品的致命危機
撰文∕柯爾曼（Ken Coleman）、奇林斯卡司（Raymond A. Zilinskas）

156 聞肉毒桿菌而色不變
撰文╱龐中培

單元五　五花八門新醫技

162 試管牙齒來了，假牙bye-bye！
撰文∕夏普（Paul T. Sharpe）、楊恩（Conan S. Young）

170 整合生物科技 組織工程再出發
撰文∕卡丹赫沙尼（Ali Khademhosseini）、瓦康堤（Joseph P. Vacanti）、蘭格（Robert Langer）

178 幹細胞醫療 起死回生
撰文∕奧契德林格（Konrad Hochedlinger）

186 搶救休克
撰文∕藍德瑞（Donald Landry）、奧利佛（Juan Oliver）

192 虛擬雪世界，無痛治燙傷
撰文∕霍夫曼（Hunter G. Hoffman）

200 膠囊內視鏡：肚子裡的變形金剛
撰文∕達里奧（Paolo Dario）

204 中英名詞對照

《科學人》雜誌－全球科普雜誌第一品牌

自2002年創刊以來共11年榮獲出版界最高榮譽雜誌出版金鼎獎！身為全球科普雜誌的第一品牌，《科學人》一直領先報導全球最先進的科學脈動與產業趨勢，除生命演化及天文奧秘的探索外，也包括成就未來經濟創新的各種工具：「NBIC，Nano-Bio-Info-Cogno（奈米科技、生物科技、資訊科技與神經科技）」，及其聚合衍生的「長壽醫學」、「未來能源」、「淨化科技」、「即時通訊」、「人工智慧」及「前進太空」等產業趨勢內容。除了原Scientific American文章精確編譯外，台灣延伸企劃採訪篇章更佔40%以上，藉由淺顯易懂的編輯呈現方式，帶給產業精英、知識家庭、高中及大專院校師生最具未來性的知識力。

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窺探大腦（2016/10/20修訂版）  中央研究院院士 曾志朗 專文導讀

發現天文之美（2016/11/20修訂版） 國立自然科學博物館館長 孫維新 專文導讀

掌握數位生活（2016/12/20全新出版） 台灣大學資工系教授 林守德專文導讀 活靈活現動物行為（2017/1/20全新出版）金鼎獎科普作家 張東君 專文導讀