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大霹靂斷層攝影與病毒解析
2015/10/27
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最近日夜溫差大,各醫療院所因為流感就醫的民眾有增加的趨勢。醫師說,今年可能爆發毒性較強的流感病毒AH3大流行,呼籲大家要提防。目前對抗病毒沒有特效藥,不過我們可以期待新科技的突破。您一定想不到,描述宇宙創生的大霹靂理論,居然跟解析病毒結構的新技術有關!請聽以下的科學三分鐘,為您帶來「大霹靂斷層攝影與病毒解析」。

今年可能爆發流行的AH3型流感,容易併發肺炎重症,致死率高,民眾應積極預防。尤其五歲以下、五十歲以上,或者慢性病人等高危族群,應該同時接種流感及肺炎疫苗。說到這裡,您可能會覺得有點疑惑,為什麼預防流感,要常常施打不一樣的疫苗呢?

最主要的原因是,流感病毒變異的速度非常快,有時候甚至來不及發展藥物或疫苗。想發展藥物或疫苗,需要先了解病毒的結構,因此,更快速地解析變種後的流感病毒,是病理學家的當務之急。

目前,用頂尖的電子顯微鏡來解析,可以達到原子層級,甚至更精密的分辨率,但是使用上有很多限制。比方說,會被電流破壞的物體,比較不容易用電子顯微鏡來觀察。而構成病毒的蛋白質,就是很容易被電流破壞的物質。另外,現有的生物電子顯微鏡斷層攝影術,往往要拍攝幾千張影像,用電腦運算200天,才能夠解出蛋白質大分子的結構,而且效果也無法達到原子分辨率。總之,想要得到病毒的立體結構,是非常花時間的事。有沒有更好的辦法呢?

在國科會奈米國家型計畫支持下,清大工程與系統科學系教授陳福榮,與比利時安特惠普大學合作,提出一個新技術並驗證了可行性。陳教授的團隊,由宇宙大霹靂理論及哈柏定律得到靈感,就像天文學家觀測宇宙形成的時間,藉由觀測現在的宇宙,卻可以推算宇宙出生的開始,也就是大霹靂時間。把類似的原理,應用到電子顯微鏡的斷層攝影,只要從一個投影角度攝影,透過計算,就可以算出大分子的3D立體結構。於是這個技術,就被團隊命名為大霹靂斷層攝影,並發表在知名的Nature《自然》期刊。

這種計算當然很複雜,不過卻可以寫成電腦軟體。以後只要把軟體和電子顯微鏡結合,就可用更短的時間,掃描建立出蛋白質大分子的立體結構模型。

過去解析病毒的立體結構需要約兩百天的時間,如果是使用這項新技術,可以將所需的時間大幅縮短,只花20天到60天就可以完成。而這項技術,也可以應用在生物醫學和材料科學領域,解析各種不同的蛋白質,甚至其他材料的立體結構。

今天的科學關鍵字,就是

斷層攝影 Tomography

您可以透過這個關鍵字,進一步查詢或做延伸閱讀。

【本單元由行政院國家科學委員會補助製播】
2012-11-25 16:55:00播出
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