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2020.05.03 05:58

【全文】基因體變異愈大致死率愈高 廖俊智:治療關鍵在掌握COVID-19病毒演化

文|黃驛淵    攝影|陳毅偉
中研院長廖俊智接受本刊專訪分享最新研究成果,團隊歸納出新冠病毒至今已演化成6大類,其中各國的病毒變異程度更與致死率高度相關。
中研院長廖俊智接受本刊專訪分享最新研究成果,團隊歸納出新冠病毒至今已演化成6大類,其中各國的病毒變異程度更與致死率高度相關。

武漢肺炎(COVID-19,新冠肺炎)爆發已4個月,台灣面臨2波境外移入及近日海軍磐石艦染疫風暴,至今仍控制在有限度感染,獲國際肯定。

身為國內學術研究龍頭的中央研究院院長廖俊智24日接受本刊專訪,除解析引起各國高度興趣的快篩技術,同時也獨家分享中研院最新研究成果;研究初步發現,病毒在全球各地演化至今已有6大類型,各國病毒變異程度更與致死率高度相關。他認為,台灣下一步應掌握並持續分析病毒演化的趨勢,才能在藥物、疫苗等臨床治療上對症下藥。

廖俊智率領的中研院團隊發現,新冠病毒變異程度愈大的國家,致死率很可能愈大,從世界地圖各國色塊的深淺,可看出各國病毒變異的程度。
廖俊智率領的中研院團隊發現,新冠病毒變異程度愈大的國家,致死率很可能愈大,從世界地圖各國色塊的深淺,可看出各國病毒變異的程度。

武漢肺炎疫情全球確診已破300萬人,台灣歷經中國、歐美二波境外移入,以及海軍磐石艦染疫風暴,都能控制在有限度感染,堪稱全球防疫模範生之一。其中,多國紛紛前來取經、洽談合作的國內學術研究龍頭中央研究院,院長廖俊智24日接受本刊專訪,分享各國都表達高度興趣的獨門快篩技術,更首度曝光中研院團隊的最新研究成果。

 

歸納全球變異 六大類型

由廖俊智親自率領的團隊分析全球近2千株病毒株基因序列後,歸納出全世界病毒變異的六大類型,初步研究更發現,各國病毒的平均變異次數與個案致死率呈現正相關的趨勢,亦即一個國家的病毒變異程度愈大、致死率很可能愈高,且二者的相關性隨著時間而逐步增強,他直言這是「不怎麼好的消息」。

廖俊智拿出與院內統計所合作的最新研究圖表向本刊記者解說,必須持續掌握、分析病毒演化的趨勢,才能對症下藥。
廖俊智拿出與院內統計所合作的最新研究圖表向本刊記者解說,必須持續掌握、分析病毒演化的趨勢,才能對症下藥。

掌握病毒變異的狀況,與後續藥物、疫苗的開發能不能「對症下藥」息息相關。廖俊智指出,分析病毒序列的變異性,將會是病毒檢測、臨床治療、藥物設計和疫苗開發過程中,避免「標靶轉移」的重要關鍵。

他具體建議,就像流感有分A、B等類型,武漢肺炎有可能也演化出好幾型,防疫下一步,除了普篩之外,治療病毒感染的最終手段,每個病人都應抽取檢體,藉以分析他的病毒序列,「這樣才知道病毒有哪些變異性,並根據變異性來採取治療對策,我們最終目標是這個」。

西班牙病毒變異高,致死率也高,目前約每萬人有4.9人染疫死亡,醫療量能備受考驗。(達志影像)
西班牙病毒變異高,致死率也高,目前約每萬人有4.9人染疫死亡,醫療量能備受考驗。(達志影像)
美國致死率已逾5%,防疫人員正小心翼翼處理遺體。中研院研究發現,美國病毒變異性相較其他國家也偏高。(達志影像)
美國致死率已逾5%,防疫人員正小心翼翼處理遺體。中研院研究發現,美國病毒變異性相較其他國家也偏高。(達志影像)
中研院病毒變異性分析是以最初爆發疫情的中國原始病毒株當基準。圖為武漢殯儀館領取親人骨灰的排隊人潮。(翻攝自微博)
中研院病毒變異性分析是以最初爆發疫情的中國原始病毒株當基準。圖為武漢殯儀館領取親人骨灰的排隊人潮。(翻攝自微博)

投入病毒變異研究,廖俊智表示,基因體變異對病毒株適應當地環境具有關鍵影響,可能改變病毒傳播的特徵、疾病的表現以及疫苗功效。全球研究單位自疫情爆發後,更致力研究病毒變異狀況。

例如3月初,中國科學院期刊《國家科學評論》(National Science Review)一篇論文先是指出,新冠病毒已演化出L和S兩種亞型。接著,英國劍橋大學和德國研究人員本月8日在《美國國家科學院院刊》(PNAS)的研究指出,病毒基因突變全球已有三類型,包括中國湖北省武漢市、美國和澳洲常見的最原始A型、武漢最普遍的B型及透過新加坡肆虐歐洲的衍生C型。

 

中國原始毒株 分析基準

「但這些已不足以分析目前病毒變異的狀態。」由廖俊智帶領中研院統計所長陳君厚、研究員楊欣洲的團隊,4月初自「全球共享流感數據倡議組織」(GISAID)抓取了全球各地共1,932株最新的病毒基因序列,初步發現,病毒演化至今可歸納出亞洲一、亞洲二、歐洲一、歐洲二、美洲、大洋洲/亞洲型共六類型,研究成果領先全球,更發現各國病毒株的變異程度與致死率有高度相關。

廖俊智的團隊是以中國原始病毒株作為分析基準,他說,與最早出現的病毒株相比,團隊發現各國病毒的平均變異次數與個案致死率呈正相關,換言之,若一個國家的病毒株變異程度愈高,致死率可能就愈高,且六大類中的每一型都有這樣的狀況。

AIT處長酈英傑(左)3月17日拜會中研院長廖俊智(右)洽談雙方合作,更對中研院研發的快篩試劑印象深刻。(中研院提供)
AIT處長酈英傑(左)3月17日拜會中研院長廖俊智(右)洽談雙方合作,更對中研院研發的快篩試劑印象深刻。(中研院提供)

他拿出目前研究所得的圖表一一解說,例如西班牙致死率高、病毒變異性也高,但台灣病毒變異性不算低,死亡率卻偏低,因此,病毒變異性與致死率雖非百分之百正相關,但統計上看得出這樣的相關性與趨勢,且隨時間拉長,二者的相關性愈高。

這一份研究報告,近期將與全球分享,並準備投稿國際期刊審查。廖俊智說,團隊從4月1日取得病毒序列資訊之後,便與時間賽跑,日以繼夜跑統計、做研究,「我看有人每天睡覺不會超過2小時!」

 

我國快篩技術 領先國際

不只分析病毒變異,中研院領先全球的快篩、藥物、疫苗等研究實力,也獲國際關注。3月8日,中研院基因體研究中心研究員楊安綏等團隊,在短短19天成功合成能辨識新冠病毒蛋白質的單株抗體群,可作為檢測快篩裝置的關鍵試劑;自此,包括美國在台協會、歐盟、土耳其、捷克、以色列、波蘭、加拿大、新加坡等國的學研單位紛紛前來洽談合作,最感興趣的便是中研院的快篩技術。

中研院快篩技術引起多國興趣,4月23日廖俊智(圖)與波蘭科學院視訊會議後,中研院同意提供波蘭快篩蛋白質樣品。(中研院提供)
中研院快篩技術引起多國興趣,4月23日廖俊智(圖)與波蘭科學院視訊會議後,中研院同意提供波蘭快篩蛋白質樣品。(中研院提供)

目前病毒篩檢可分三種,一是中央流行疫情指揮中心目前採取的核酸檢測(RT-PCR),採基因檢測的方式,約需4小時;二是病毒抗原檢測,以合成的抗體來檢測是否有病毒「抗原」,只需試紙就可檢測,約15到20分鐘可知結果;第三則是血清抗體檢測,以合成的抗原來檢測血液中是否有抗體,通常用於感染中、後期,用以輔助判斷某群體中有多少人曾經被感染過,例如這次的海軍磐石艦群聚感染。

中研院的快篩工具就像驗孕棒一樣簡單,可在15至20分鐘內得知結果,2條線代表陽性確診。(中研院提供)
中研院的快篩工具就像驗孕棒一樣簡單,可在15至20分鐘內得知結果,2條線代表陽性確診。(中研院提供)
中研院研發的快篩試劑靈敏度佳,能清楚與SARS、MERS等病毒區別。(中研院提供)
中研院研發的快篩試劑靈敏度佳,能清楚與SARS、MERS等病毒區別。(中研院提供)

中研院目前已成功研發後二類的快篩工具。廖俊智說,本月10日,已將抗原及血清抗體檢測二種快篩裝置原型的製程及參數,共交給9間廠商進行產品開發量產,「43頁厚的技術報告,製程都在裡面!」隨後在16日更展開對國際市場的授權程序。

中研院快篩技術為何能獨步全球?廖俊智說,用抗原製造抗體,最普通的方式是施打在動物身上,但中研院的技術不需經過動物,全都在實驗室試管進行,人工合成產生單株抗體來檢測病毒抗原,且具單一辨識性,這項技術由楊安綏團隊研發多年,去年非洲豬瘟、甚至之前禽流感爆發時就曾驗證、演習過,這次才能很快派上用場。

中研院抗疫研究引發多國洽談合作,各國最有興趣的就是我國獨門的快篩技術。圖為該院快篩團隊正在實驗室中測試。(中研院提供)
中研院抗疫研究引發多國洽談合作,各國最有興趣的就是我國獨門的快篩技術。圖為該院快篩團隊正在實驗室中測試。(中研院提供)

他表示,中研院的快篩不必透過複雜的化學反應在機器上操作,而是檢驗病毒上的蛋白質,只要有病毒抗原,就可跟試紙內的試劑反應、呈現顏色,跟流感快篩或驗孕棒的原理一樣;大量生產後,基層診所只要遇到疑似病例,就可直接抽取喉嚨、鼻子的分泌物檢測病毒,後續更可用在大規模廣篩。

 

抗疫追求時效 老藥新用

抗疫藥物成果上,廖俊智說,中研院目前至少有3、4個團隊正在研究、篩選,希望找出能中和病毒的抗體;此外,4月10日生物化學研究所研究員梁博煌已從上百種化合物中,篩選出新冠病毒類蛋白酶抑制劑,證實可在體外抑制新冠病毒複製。

不過,他說,化合物須測試毒性、穩定性及藥性,距離真正臨床使用仍很早,現階段重點鎖定在老藥新用,若找出已核准的舊藥能有效抑制病毒,就不必經冗長驗證程序或申請藥證,可省下很多時間,「若說要快,這是唯一辦法。」

中研院團隊日前已在實驗室中成功合成純度99%公克級的瑞德西韋藥物。(中研院提供)
中研院團隊日前已在實驗室中成功合成純度99%公克級的瑞德西韋藥物。(中研院提供)

至於疫苗開發,中研院也已找到候選疫苗,可在老鼠身上產生抗體,將進入下一步動物實驗階段。

廖俊智說,當疫苗做好,第一步須有「動物模式」檢測有沒有辦法產生中和性抗體;但新冠病毒是攻擊專一性非常高的受體ACE2,只出現在人類身上,因此須改變動物的基因結構、把人類的基因轉殖到小鼠上進行實驗。可喜的是,幾週前,中研院已完成小鼠的短期基因改造,目前正準備進行病毒實驗。

中研院團隊日前已在實驗室中成功合成純度99%公克級的瑞德西韋藥物。(中研院提供)
中研院團隊日前已在實驗室中成功合成純度99%公克級的瑞德西韋藥物。(中研院提供)

抗疫研究獲國際肯定,廖俊智認為,這是中研院長期深耕基礎研究的成果,加上一月疫情爆發初期,就快速組成「COVID-19任務工作小組」,把血清抗體、病毒抗原等快篩工具研發,及抗體或抗病毒藥物、疫苗等領域切分成好幾塊;2月13日更進一步集結超過國內15個學研單位,籌組合作平台,組成13項協作子平台,各領域專家才得以分進合擊,共同為抗疫努力。

此外,SARS經驗也奠定基礎。廖俊智說,台灣這次能做得比其他國家都好,「是因為過去很認真地打了SARS這一仗」;當年全世界都以為SARS不會再回來,沒想到17年後冠狀病毒捲土重來,這次已做好長期抗戰準備、將抗疫常規化,一是繼續做基礎研究,同時也訓練快速反應機制,研究員變得愈來愈有彈性,若疫情發生,馬上就放下手邊的工作投入。

 

疫情若流感化 憂致死率

中研院更未雨綢繆、規劃成立「新興傳染病研究專題中心」,以補足目前尚缺乏的技術及研究平台,另肩負研究生物危險群第三等級致病原微生物的P3實驗室,除了現有的二間,預計將在國家生技研究園區建立約240坪的大型P3實驗室。

對疫情發展,廖俊智認為,務實來看,流感致死率是千分之一,但武漢肺炎至少百分之二,一旦流感化,好的發展就是變得沒那麼毒,但現在大家擔心是,若每年都來,致死率仍很高,那就很麻煩。

他並觀察,經過這次疫情,我們需要重新定義何謂正常生活;即便7月後、天氣一熱,疫情如預期降溫,但包括生活模式、經濟活動都會被重新檢討,過去全球化的結果,常把雞蛋放在同一個籃子,未來各國可能必須朝如何自給自足的方向思考,所謂「正常生活」,內涵可能將有很大改變。

 

可望續帶領中研院 廖俊智:不頂尖的研究不做

廖俊智自信中研院「不是頂尖的研究不做」,他的院長辦公室牆上還掛著杜甫「不廢江河萬古流」的字畫,出自嶺南畫派名家歐豪年之手。
廖俊智自信中研院「不是頂尖的研究不做」,他的院長辦公室牆上還掛著杜甫「不廢江河萬古流」的字畫,出自嶺南畫派名家歐豪年之手。

接任中研院長近4年的廖俊智,明年6月任期屆滿,中研院評議會本月18日已決議推薦他連任,正陳報總統蔡英文核定中,可望續任院長一職。他接受本刊專訪暢談中研院的「有所為」與「有所不為」,並以身為國內學術研究龍頭掌門人的身分自信直言:「我們做的研究,就要是頂尖的研究!」

 

若連任將檢討 院內計畫

廖俊智表示,接任院長後,他提出3大目標,包括成就全球頂尖研究、善盡關鍵議題上的社會責任、延攬及培育頂尖人才,至今人人可琅琅上口。「我們做的研究,就要是頂尖的研究」,這就是中研院的「有所為」,「不是頂尖的研究我們可能考慮不做」,這就是「有所不為」。

他說,有些非頂尖的研究,卻肩負社會關鍵責任,例如防疫或快篩、疫苗的開發,這就是社會關鍵議題,中研院也一定馬上投入。

除聚焦頂尖研究,中研院自詡善盡社會關鍵責任,這次疫情爆發便快速組成「COVID-19任務工作小組」分頭投入抗疫。
除聚焦頂尖研究,中研院自詡善盡社會關鍵責任,這次疫情爆發便快速組成「COVID-19任務工作小組」分頭投入抗疫。

領導國內學研龍頭機構,廖俊智說,過去4年已陸續修改不合時宜的制度,包括獎勵表現好的人員、修改升等條件等,希望能引領學術風氣;若順利連任,下個5年,他將重新檢討、盤整院內的研究計畫,哪些做得好?哪些又須改變型態?讓中研院繼續生產更多頂尖研究。

自信「不頂尖的研究不做」,擁有合成生物學專業背景的廖俊智堪稱是最好示範。他被譽為現代合成代謝生物學的先驅,過去致力於改造細菌細胞的基因,並成功將二氧化碳轉化成高碳醇類細菌,未來進一步可做成生質燃料,去年底於丹麥更獲頒「諾維信傑出化學及生化工程獎」,最新的研究成果更有重大進展。

 

改造大腸桿菌 有助減碳

廖俊智團隊花了至少5年,創全球之先成功改造大腸桿菌的基因,讓改造後的大腸桿菌,能利用空氣中的「一個碳(C)」生長,未來可用於生產乙醇、丁醇、胺基酸、脂肪酸,甚至是化妝品香料或藥品,同時也能讓空氣中的二氧化碳、甲烷減量,對改善氣候變遷、減少碳足跡有很大助益。此成果近日準備投稿至國際期刊。

廖俊智創全球之先,最新研究已成功改造大腸桿菌基因,未來可轉化為生質燃料,有助減碳。(翻攝自《紐約時報》網站)
廖俊智創全球之先,最新研究已成功改造大腸桿菌基因,未來可轉化為生質燃料,有助減碳。(翻攝自《紐約時報》網站)
減緩全球氣候變遷,許多科學家都在研究、尋找能取代石化燃料的解方,專長現代合成代謝生物學的廖俊智已有多項卓越研究成果。(翻攝自《洪水來臨前》紀錄片)
減緩全球氣候變遷,許多科學家都在研究、尋找能取代石化燃料的解方,專長現代合成代謝生物學的廖俊智已有多項卓越研究成果。(翻攝自《洪水來臨前》紀錄片)

他接受本刊專訪說,目前任何衣服、布料都用石化原料製造,但這些原料都從地底下而來,為解決氣候變遷等問題,如何從空氣中找碳、把碳抓下來轉化成生質燃料,是他關注的研究焦點。

然而,空氣中的「一個碳」過去很難被生物利用,即便可改造生物基因,但技術難度、成本皆高,成功率卻很低;他的研究團隊進一步成功改造大腸桿菌基因,能把空氣中的一個碳抓下來,未來可進一步轉化成生質燃料。「好不容易跨出這一大步,卻是研究馬拉松的一小步!後面還有很多要努力。」廖俊智說。

 

艱澀疫情知識 新詩呈現

不只研究有卓越貢獻,廖俊智也致力將艱澀知識轉化為大眾能理解的科普。清明連假後,中研院臉書貼出一則影片,原來,這是他與女兒聯手剖析COVID-19的影片,由女兒負責剪輯,他則主動獻「聲」配音講解,不只如此,後續他還寫下〈3萬個核苷酸〉,把艱澀的疫情科學知識以新詩形式呈現,廣受好評。

防疫期間,廖俊智在辦公室內不忘戴起口罩,因疫情投入相關研究的他,笑說連他自己都變成半個病毒專家。
防疫期間,廖俊智在辦公室內不忘戴起口罩,因疫情投入相關研究的他,笑說連他自己都變成半個病毒專家。

廖俊智透露,全球這陣子因疫情封鎖,有人在網路上發起一些心靈活動,他無意間看到紐西蘭布倫納湖學校的校長Shirley Serban將電影《真善美》歌曲〈Do-Re-Mi〉改編成防疫歌曲,靈機一動才決定寫新詩談防疫。他笑說,中研院不分彼此為了抗疫投入研究,連他自己都變成半個病毒專家,他的團隊如今已有一半正著手進行病毒相關研究,希望持續替社會作出貢獻。

廖俊智小檔案
  • 年齡 61歲
  • 現職 中研院長
  • 學歷 建國中學、台大化工系、美國威斯康辛大學麥迪生校區化工所博士
  • 經歷 5冠院士(美國國家科學院、美國國家工程學院、美國發明家學院、世界科學院、中研院)

更新時間|2020.04.29 00:20

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