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    • 什麼是抗原(Antigen)與抗體(Antibody)?
    • 當新冠病毒入侵,我們的免疫系統如何反應?
    • 什麼是生物科技的「中心教條」?
    • 歷史悠久:蛋白質疫苗
    • 突破創新:核糖核酸(Rna)疫苗
    • 突破創新:去氧核糖核酸(Dna)疫苗
    • 三大類疫苗的比較
    • 諾貝爾獎熱門人選:卡塔琳.卡麗可(Katalin Kariko)的故事

    先天免疫系統:當少量病毒(抗原)入侵以後立刻啟動的免疫系統,而且沒有專一性,不會針對特定目標,就好像真實世界裡的「警察系統」一樣。如果我們將外來入侵的抗原當成真實世界裡的敵人,那麼當少量敵人的間諜滲透進來的時候,只需要派出警察就可以消滅他們囉! 後天免疫系統:當大量病毒(抗原)入侵以後經過複雜的啟動程序而啟動的免疫系統,而且具有專一性,會針對特定目標,就好像真實世界裡的「軍事系統」一樣。如果我們將外來入侵的抗原當成真實世界裡的敵人,那麼當大量敵人的軍隊攻擊的時候,必須派出軍隊才可以消滅他們。

    新冠病毒的外觀如圖一所示,主要是由內部的「核糖核酸(RNA)」組成,屬於「RNA病毒」,表面有許多「棘狀糖蛋白(Spike glycoprotein)」,並且由「包膜(Envelope)」結合形成病毒外殼,包膜主要是由磷脂質組成,肥皂可以輕易的破壞磷脂質使病毒破裂,因此可以有效消滅新冠病毒,所以要記得常用肥皂洗手唷! 當新冠病毒入侵時,會先由巨噬細胞將病毒吞噬分解,並且將「病毒特徵」傳達給T細胞,再傳達給B細胞,新冠病毒最明顯的特徵就是「棘狀蛋白」,最後B細胞可以依照T細胞傳達過來的病毒特徵(棘狀蛋白)產生「抗體(Antibody)」,抗體的立體結構與棘狀蛋白互補,可以專一性地與棘狀蛋白結合,標定出病毒的位置,再由白血球一擁而上將病毒吞噬消滅,這個過程稱為「免疫反應(Immune responses)」。當病毒被消滅後,部份抗體會繼續在生物體內巡邏一段時間,以防止同種病毒再度入侵,這就是為什麼感染病毒的人復原後,在一段時間之間可以免疫,遇到同種病毒入侵也不必害怕了!

    生物科技最重要的概念就是「中心教條(Central dogma)」,亦即生物體內會自動由去氧核糖核酸(DNA)「轉錄(Transcription)」成核糖核酸(RNA),再由核糖核酸(RNA)「轉譯(Translation)」成蛋白質(Protein),如圖二所示。 核糖核酸(RNA)有三種,分別為信使核糖核酸(mRNA:messenger RNA)、轉譯核糖核酸(tRNA:translate RNA)、核糖體核糖核酸(rRNA:ribosome RNA),其中最重要的是「信使核糖核酸(mRNA)」,它攜帶著遺傳密碼產生蛋白質。

    疫苗是目前用來對付新冠病毒最有效的方法,可惜的是疫苗只能使用在事前的預防工作,如果病人已經被病毒入侵,那麼疫苗就沒什麼效果了。新冠病毒進入人體後主要是RNA會產生對人體有害的蛋白質來傷害我們,因此只要想辦法破壞RNA中對人體有害的部分,並且保留「病毒外殼」注射到我們身體裡,由於有害的RNA已經破壞所以並不會傷害人體。(延伸閱讀:我打了新冠疫苗第二劑:志願實驗護理師親身經驗,告訴你這病毒有多厲害) 但是當我們的免疫系統突然看到這些不認識的「病毒外殼」,就會由巨噬細胞將病毒吞噬分解,並且將「外殼特徵」傳達給T細胞,再傳達給B細胞,最後B細胞可以依照T細胞傳達過來外殼特徵(棘狀蛋白)產生「抗體(Antibody)」,抗體的立體結構與棘狀蛋白互補,可以專一性地與棘狀蛋白結合,標定出病毒外殼的位置,再由白血球一擁而上將病毒外殼吞噬。 當「病毒外殼」被消滅後部份抗體會繼續在生物體內巡邏一段時間,這個時候如果真的有新冠病毒來犯,抗體就可以標定出病毒的位置,再由白血球一擁而上將病毒吞消滅,這就是疫苗保護我們的原理了! 這種疫苗由於打入人體的是「病毒外殼」,而病毒外殼主要的結構是棘狀蛋白,因此屬於「蛋白質疫苗」,中國大陸的科興(Sinovac)疫苗或平常我們施打的流感疫苗就是屬於這一類;此外也可以直接製作部分的病毒外殼,例如:棘狀蛋白,注射到人體內引發免疫反應,稱為「蛋白質次單元疫苗」,台灣的國光生技、高端疫苗、聯亞生技使用的都是蛋白質次單元疫苗,目前都在人體試驗當中。蛋白質疫苗的原理很簡單,但是製作卻比較麻煩,要如何「破壞RNA中對人體有害的部分」又不破壞病毒外殼是最大的困難,因此製作疫苗需要比較長的時間。

    這回新冠病毒來勢洶洶,全球各大藥廠無不使出混身解數,把過去20年研發的新技術全部用上,因此開發出全新的「核糖核酸(RNA)疫苗」與「去氧核糖核酸(DNA)疫苗」,可以在病毒出現以後更短的時間量產上市,未來我們就有了兩個對付病毒的秘密武器。(延伸閱讀:「只戴口罩」恐讓疫情加重?《華爾街日報》調查百位醫師發現:病毒入侵途徑超乎想像) 根據中心教條,生物體內會自動以mRNA產生蛋白質,因此我們只要分析棘狀蛋白的胺基酸序列,找出對應的mRNA就可以做為疫苗,把mRNA注射到身體裡面,我們的身體會自動把mRNA「轉譯」成棘狀蛋白,再由棘狀蛋白引發免疫反應,就可以產生抗體保護我們了!美國的莫得納(Moderna)與輝瑞(Pfizer/BioNTech)疫苗就是屬於這一類。 細胞內的「轉譯」是發生在細胞核外面的核糖體,而且只有一個步驟所以反應較快。這種疫苗需要「微脂體(Liposome)」做為載體,由於mRNA與微脂體的分子穩定性低,因此必須保存在極低的溫度,莫得納的疫苗可以在-20°C保存6個月,輝瑞的疫苗甚至必須在-70°C保存6個月,對於冷凍設備不足或交通設施不便的地區很不方便,但是根據目前大量使用的數據顯示這種疫苗的效果最好,保護效果可以達到95%。

    同理,根據中心教條,生物體內會自動以DNA產生mRNA,再以mRNA產生蛋白質,因此我們只要分析棘狀蛋白的胺基酸序列,找出對應的DNA就可以做為疫苗,把DNA注射到身體裡面,我們的身體會自動把DNA轉錄成mRNA,再把mRNA轉譯成棘狀蛋白,再由棘狀蛋白引發免疫反應,就可以產生抗體保護我們了!英國的阿斯特捷利康(AstraZeneca)與美國的嬌生(Johnson & Johnson)疫苗,就是屬於這一類。 細胞內的「轉錄」是發生在細胞核內,而且有二個步驟所以反應較慢。更麻煩的是要讓DNA進入細胞核需要載體提高轉染效率,通常使用腺病毒(Adenovirus)做為載體,製造疫苗時必須先將腺病毒內對人體有害的部分DNA移除,再將一段製造新冠病毒棘狀蛋白的DNA與腺病毒DNA結合,因此稱為「重組病毒載體」。 由於這種疫苗有腺病毒外殼保護,因此不必保存在極低的溫度,阿斯特捷利康的疫苗可以在2~8°C保存6個月,嬌生的疫苗可以在2~8°C保存3個月,保存和運送相對容易許多,由於腺病毒對人體有害的部分DNA已經移除,所以不必太擔心會傷害我們,只是根據目前大量使用的數據顯示這種疫苗的效果差一些,保護效果可以達到70%左右。

    三大類疫苗的比較如表二所示,莫得納(Moderna)與輝瑞(Pfizer/BioNTech)屬於「mRNA疫苗」;阿斯特捷利康(AstraZeneca)與嬌生(Johnson & Johnson)屬於「重組病毒載體(DNA)疫苗」;科興(Sinovac)與諾瓦瓦克斯(Novavax)屬於「蛋白質疫苗」,各有優缺點,該打那一種可以詢問專業醫師的意見。

    信使核糖核酸(mRNA)疫苗可以在取得病毒後短時間量產,細胞內的「轉譯」是發生在細胞核外面的核糖體,而且只有一個步驟所以反應較快,成為未來人類對付病毒的最佳武器,但是mRNA疫苗的研發,卻經歷了40年,美籍匈牙利裔女科學家卡塔琳.卡麗可(Katalin Kariko)在1970年代展開mRNA疫苗的研究,她在大學時就立志研究mRNA,但是直到65歲才研究成功,這段過程極為艱辛,有興趣的讀者可以參考<遠見報導>。 卡塔琳.卡麗可的成功依靠的是過人的毅力,同時也是因為貴人相助,文中提到的貴人有免疫學教授德魯.韋斯曼(Drew Weissman)與史丹佛大學教授德瑞克.羅西(Derrick Rossi)。不過最後賺大錢豐收的卻是藥廠,而這些藥廠連她的姓名都很少提起,她也沒有賺到什麼錢,不過她仍然熱衷於研究,藉由這個故事,我想順便鼓勵年輕學子,不要害怕吃苦,只要努力你的付出就會被看見。下一屆的諾貝爾獎提名還沒開始,不過我們猜猜誰會是熱門的候選人? 作者為台大電機博士,知識力專家社群創辦人。 責任編輯/周岐原 ◎加入《下班經濟學》粉絲團,給你更多財經資訊(相關報導:各國陸續施打疫苗,航空股穩了?長榮航首季財報洩端倪|更多文章) ◎訂閱《下班經濟學》YouTube頻道,精彩節目不錯過

    • 輝瑞-BioNTech疫苗(Pfizer/BNT)一般成人預防PCR確診新冠病毒SARS-CoV-2(疫苗株或D614G株)保護力為95%。
    • 莫德納疫苗(Moderna)預防PCR確診SARS-CoV-2(疫苗株或D614G株),保護力為94.1%。65歲以上保護力為86.4%。
    • AstraZeneca 疫苗(AZ)預防PCR確診SARS-CoV-2(疫苗株或D614G株)保護力為76%,重症保護力為100%。對65歲以上族群有效保護力為85%。
    • 嬌生疫苗。預防PCR確診SARS-CoV-2(疫苗株或D614G株)保護力為66.3%,重症保護力為86%。該疫苗可針對B.1.1.7變種病毒提供保護力。
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