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第三章：生物科學與醫藥第一節：抗生素與疫苗抗生素與疫苗1.抗生素可以治療細菌引起的疾病，在第二次世界大戰用於治療傷兵的多種感染。2.近年來的不當使用，導致抗藥性細菌出現的比例上升，原本可以治癒的疾病(如：肺結核)都因為抗藥性的問題而難以治療。3.利用疫苗接種的方式可預防病原體的感染，此方法的普及也控制了許多由細菌或病毒感染而得到的傳染病。抗生素1.定義：抗生素是指生物體製造並分泌到環境中的物質，可以用來殺死或抑制其他細菌的生長。2.來源：目前已發現的抗生素約有數千種，大多數由細菌或真菌製造，其中約有三分之二是由鏈黴菌所產生。3.用途：治療細菌所引起的疾病。對病毒(如：流行性感冒由病毒引起)、黴菌和寄生蟲引起的疾病無療效。抗生素的發現1.發現者：1928年，英國醫生佛萊明（AlexanderFleming,1881～1955）2.發現經過：(1)經過兩週的假期，返回實驗室後發現：細菌培養皿受到青黴菌的汙染。(2)他發現在青黴菌周圍有一圈區域並無細菌存在(3)佛萊明推論青黴菌可能分泌出具有殺菌能力的物質，使得周圍的細菌無法生長。(4)佛萊明將此分泌物，命名為青黴素(盤尼西林)「盤尼西林」是第一個被發現的抗生素，可以抑制細菌細胞壁的形成，使細胞壁結構不完整且脆弱，菌體易裂解死亡。培養皿內的金黃色葡萄球菌受青黴菌汙染後，生長受到抑制，因此在青黴菌周圍出現透明的區域抗生素的發現(續)3.1944年，美國的瓦克斯曼教授（SelmanA.Waksman,1888～1973）由土壤的鏈黴菌中找到鏈黴素。4.鏈黴素可廣效性的治療多種細菌引起的疾病，包括已困擾人類數千年的肺結核。Q：得到流行性感冒時，需要吃抗生素嗎？抗生素對病毒無明顯的療效，因此，若感冒時並未伴隨其他細菌感染，而單純由病毒引起，治療時並不需要使用抗生素。細菌的抗藥性1.細菌產生的抗生素雖然可以殺死其他的細菌，但也可能會殺死自己，所以生產抗生素的細菌本身必須具有抗藥性。2.抗藥性基因常會與合成抗生素的基因共同存在。3.在演化過程中抗藥性基因常會橫向傳給周圍的細菌，使得有些病原菌就帶了抗藥性基因。(1)使用抗生素時若無法將帶抗藥性基因的細菌澈底消滅，它們就會大量繁殖。(2)藉由質體，抗藥性基因可傳給原本沒有這些基因的細菌，造成抗生素療效的下降。使用抗生素後產生的問題1.對抗生素有抗藥性的細菌，在有抗生素的環境中可以繼續生長繁殖。抗生素用得愈普遍，篩選出抗藥性細菌的比例就愈高。當我們被這些抗藥性細菌感染，該種抗生素便無法將之消滅，因而造成嚴重感染甚至死亡。使用抗生素後產生的問題(續)2.臺灣地區醫院門診的抗生素使用量，明顯較歐、美各國高，已達到抗生素濫用的程度。(1)1998年從各地醫院分離出的肺炎球菌，有60％對盤尼西林具有抗藥性，到了2002年上升至80％，對紅黴素具抗藥性的菌株則高達93％。(2)結核菌的抗藥性在全世界平均值為2％，在臺灣卻高達6～17％。3.除人體的醫療使用外，臺灣地區超過85％的抗生素使用於農、畜、養殖業。農畜產業過量使用抗生素，也會增加抗藥性細菌繁殖的機會。使用抗生素後產生的問題(續)4.人類濫用抗生素的後果，會使對抗生素具抗藥性的細菌愈來愈多。(1)人類不斷的在研發新的抗生素，但細菌發展出抗藥性的速度也愈來愈快。(2)面對抗藥性愈來愈強的病原菌，醫師必須使用更強的抗生素來治療，也因此更加速抗藥性細菌的演化，成為惡性循環。(3)近年來衛福部對於醫師使用抗生素訂定嚴格規範，希望能有效控制抗藥性細菌的產生與蔓延抗藥性的產生捲土重來的古老疾病-肺結核1.肺結核是一種古老的流行病，在埃及木乃伊身上曾發現肺結核病變。2.十八、十九世紀，肺結核大肆流行，在歐洲造成重大傷亡，被稱為「白色瘟疫」3.1908年，研發出肺結核的疫苗-卡介苗。(卡默特與介林發明的疫苗)4.1944年，發現第一個對抗結核菌的特效-鏈黴素，使得肺結核的治療露出曙光。捲土重來的古老疾病-肺結核(續)5.由於疫苗預防與抗生素治療，大部分先進國家的肺結核病患已大幅減少。6.1990年以來，全球各地肺結核都有死灰復燃的趨勢，多重抗藥性結核菌更成為治療上棘手的難題。7.世界衛生組織(WHO)在1993年公布「世界肺結核病緊急事態宣言」，這些頑強的細菌，每年造成逾200萬人死亡，是目前全球引起最多人死亡的傳染病。疫苗1.定義：疫苗是將病原體製成失去致病活力，但仍保留刺激人體內特異性免疫反應的生物製劑(含有抗原)。2.功能：接種疫苗後，免疫系統會產生抗體、細胞免疫與記憶細胞，再次接觸同一種病原體時，可以快速有效的產生更多的抗體與細胞免疫，防止病原體的傷害。疫苗的發明1.發明人：英國醫生金納(EdwardJenner,1749～1823)2.發明過程：(1)金納注意到一位來自農場的擠牛奶女工，因為曾經得過牛痘(侵襲牛隻的較溫和疾病)，而免於受到天花的侵襲。(2)金納取出牛痘患部的體液，注射到一位男孩的手臂，之後續一段時間男孩都未感染天花(3)人體接種牛痘病毒後，能對天花病毒產生很好的預防效果，也沒有嚴重的副作用。小百科◎種人痘種「人痘」來對抗天花的作法，在明朝就已經非常盛行。中醫將痘漿灌入鼻腔，再用發出的痘痂研粉吹鼻。雖然成效不錯，但若選用的痘痂毒性太強，反而會使接種者罹患天花。康熙皇帝曾大力推行「種人痘」，此技術更遠傳至土耳其及歐、美各國，法國哲學家伏爾泰便曾大力稱頌中國人的種痘法。臺灣的新生兒預防接種卡新生兒預防接種卡詳列了接種疫苗的種類及適合接種之年齡，未按規定完成預防接種者，小學入學時，仍須依規定補接種。疫苗的種類疫苗可分為5大類1.減毒疫苗2.失活疫苗3.類毒素疫苗4.遺傳工程疫苗5.DNA疫苗減毒疫苗1.利用活體培養技術，製造出毒性減低的病原體品種（如將病原體連續培養於其他的動物細胞內，使其產生突變而失去對人類的致病活力），再製成疫苗以供施打。2.常見的減毒疫苗有麻疹、腮腺炎及口服小兒麻痺（沙賓）疫苗等。失活疫苗1.透過加熱或化學藥劑處理，殺死或破壞病原體的毒性。這類疫苗毒性低、時效短，不易引起完整的免疫反應，常須追加施打，免疫效果較減毒疫苗差，但較安全。2.流感、日本腦炎、A型肝炎、百日咳、霍亂等疫苗，都是常用的失活疫苗。類毒素疫苗1.某些微生物本身無害，但其產生的毒素卻會導致人類生病，將這些毒素經失活處理(如加熱或以福馬林處理)，用以製成類毒素疫苗。2.類毒素疫苗可以誘發免疫反應，產生抗體來中和病原體釋放的毒素。如：破傷風和白喉疫苗。遺傳工程疫苗1.將病原體的抗原基因，轉殖入其他微生物中，產生抗原蛋白，再製作成疫苗。2.實例：以B型肝炎病毒的表面抗原基因植入酵母菌，使酵母菌產生B型肝炎病毒的表面抗原，再純化這些蛋白質作為疫苗。DNA疫苗1.將帶有抗原蛋白基因的DNA，注射入人體內的細胞，注射後的細胞會產生抗原蛋白，刺激免疫反應。2.優點：(1)注射後的細胞可長期不斷地製造疫苗蛋白，能更有效的活化免疫系統。(2)DNA疫苗較傳統疫苗穩定、不須冷藏且易於運輸。3.雖然目前DNA疫苗仍在實驗階段，卻是未來發展疫苗的極佳選擇。DNA疫苗：將特定的抗原基因插入質體後，注射到人體肌肉中。抗原蛋白基因在注射處的細胞內會表現而產生抗原蛋白(抗原)，誘發人體免疫反應產生食物疫苗利用蔬果可食部位生產口服的食物疫苗，不但產量大，而且因為不須經過高成本的純化、冷藏運輸、醫療人員協助接種等過程，因此具有價格低廉且易於使用的優點。含有B肝疫苗的馬鈴薯香蕉疫苗疫苗對人類健康的貢獻◎在傳染病的預防上，疫苗的使用對人類健康的貢獻相當大。1.1947年，臺灣地區肺結核的死亡率為每十萬人中有290多人。2.1951年開始對國小學童進行卡介苗預防接種。3.1965年開始在嬰兒期同時接種卡介苗與牛痘。4.到2000年，肺結核之死亡率降至每十萬不到7人。天花病毒十六世紀時天花肆虐全球造成350多萬人死亡。1970年以前，全球每年感染人數超過1,500萬人，其中有200多萬人死亡。天花-第一個被人類從自然界根除的病毒1.天花病毒在自然界中只會感染人類。(當大多數的人都接種牛痘後，天花便無法在人群中傳播，也無法在其他動物間蔓延)2.WHO進行全球性的根除天花計畫。3.歷經14年的努力，於1980年正式宣布天花病毒自地球上完全根除，建議所有國家停止接種牛痘疫苗。持續進行中的疫苗計畫1.WHO在1980年正式宣布天花絕跡，並自1998年推動全球根除小兒麻痺計畫。（人類是此病毒的唯一宿主）2.目前歐、美、西太平洋三大區域已被WHO證明為小兒麻痺根除地區。3.台灣於2000年由世界衛生組織（WHO）公告為小兒麻痺根除地區。自1950∼2005年間，美國境內麻疹、腮腺炎與德國麻疹病例數的變化。三合一（MMR）疫苗就是麻疹、腮腺炎與德國麻疹的混合疫苗。施行疫苗接種後，病例數大幅下降。疫苗是預防傳染性疾病的良方