【探索19-5】來自細菌的智慧:DNA科技的革命
■任何一種生物在大自然都要面對覓食、求偶、對抗病原體等挑戰。細菌在面對其天敵——噬菌體的時候,如同我們一般,會使用先天與後天免疫機制:前者是在病原體尚未進入身體之前,即準備好了對抗的機制;後者則是要等特定病原體入侵後,才啟動針對該特定病原體的免疫工作。1960年代至今,細菌如何對抗噬菌體的研究,為生物科技帶來了兩次重要的革命。本次演講由探索講座的老朋友——周成功教授,帶領我們回顧這兩項技術革命背後的歷史脈絡與發展。
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■任何一種生物在大自然都要面對覓食、求偶、對抗病原體等挑戰。細菌在面對其天敵——噬菌體的時候,如同我們一般,會使用先天與後天免疫機制:前者是在病原體尚未進入身體之前,即準備好了對抗的機制;後者則是要等特定病原體入侵後,才啟動針對該特定病原體的免疫工作。1960年代至今,細菌如何對抗噬菌體的研究,為生物科技帶來了兩次重要的革命。本次演講由探索講座的老朋友——周成功教授,帶領我們回顧這兩項技術革命背後的歷史脈絡與發展。
Read more■「長生不老專賣店:端粒與端粒酶」這個講題,借自於《長生不老專賣店——充滿希望與爭議的生技大夢》(天下文化,2006)一書的書名。這本書寫的是端粒和端粒酶的研究故事。本次探索講座的主講人——臺大醫學院微生物所的鄧述諄教授,就是這個領域的專家。什麼是端粒與端粒酶?端粒與端粒酶和老化及癌症有何關係?
Read more■電腦以0與1的排列方式來儲存資訊,生物則是由最基本字元A、T、C、G四種鹼基記錄且決定遺傳特徵,透過排列組合的變化,形成各式指令進而合成蛋白質調控各種細胞和生物機能。而這樣的機制究竟有多精密?我們可以試著這麼想:如果將身上46條染色體的DNA從細胞中抽出,並將它們排列起來,計算後可達2-3公尺長,而這些「生命藍圖」的龐大密碼資訊必須緊密纏繞壓縮至在幾個微米的細胞核內;如果我們再進一步將全身細胞的DNA拉直計算,那可是相當於地球到太陽來回約70趟的長度。但幾百萬年來,生物卻得以透過這些龐大且精確的密碼紀事,將特徵代代相傳,並隨著時間演化,造就出地球生物圈的多變樣貌。
Read more■1953年4月25日,科學雜誌界第一把交椅Nature雜誌上,華生、克里克二人發表了DNA的雙股螺旋結構解密,自此開啟了人類科學史上突飛猛進瞭解DNA與基因的嶄新世界。然而,若要提及最早有關基因的研究,可追溯距今約一百五十多年前那家喻戶曉的孟德爾「豌豆實驗」。
Read more■談起表觀遺傳與DNA序列間的關係,沈老師滔滔不絕地分享兩者作用的奧妙之處。DNA序列改變固然會影響基因的表現,例如許多癌症細胞在DNA序列皆有所改變,造成蛋白質不產生或表現質量有所差異;然而另一方面,也有一些序列改變後,改變的蛋白並不會直接致癌,而是影響DNA染色體的修飾,造成整個細胞中多個基因的表現質量因而改變,間接的引發了癌症。由以上例子,我們可看到表觀遺傳在DNA序列層次之上,另外一層的調控也是非常重要的。
Read more■「生命」到底是什麼?它是如何誕生又是如何運作的?這些關於「生命本質」的問題困惑了從古至今無數的智者和學者,但也同時圍繞著人們,推動著文明的發展,像一條鋪展開來的紅地毯,如此的引人注目又默默的引領著人們向未知的方向前行。而阮麗蓉老師也正是被這條紅地毯吸引的其中一員。
Read more■綿長的DNA序列宛如深邃的字典,也是撰寫生命篇章的必要辭彙,稍有一「字」之差便是截然不同意涵。然而,初期生物學家們並不認為單調無聊的DNA能扮演遺傳物質這麼重要的角色,蛋白質才是他們屬意的真命天子。歷經三十多年的研究,從發現、分析、解構的歷程裡,DNA從不被看好的灰姑娘角色,最終登上基因后位寶座。
Read more■探索講座第 19 期開跑當天,周老師要全程參與陳文盛老師「DNA:灰姑娘的故事」講座,而當我們前去找周老師的時候,他正在臺大科學教育發展中心 CASE 的辦公室,跟中心人員討論 CASE 能夠辦些什麼活動。周老師對於科學教育的各種可能性,抱持著一份異乎常人的熱情與用心。
Read more■秦始皇為了求得長生不老的仙丹,於是遣派御醫徐福至蓬萊仙島求丹,這是大家都耳熟能詳的故事。這段歷史的記載透露了自古以來,人類便企圖追求不老、不死的良好生活品質。近年來,隨著細胞端粒與端粒酶的研究進展,科學家慢慢認識了掌控生物壽命、老化、引發癌細胞等等的細胞生理機制。這些科學研究的發現,為那誘人的「仙丹」帶來了新的曙光——若細胞良好的運作,人就能擁有健康的生活,長生不老似乎不再是遙不可及的夢想。本次的探索講座將由臺灣大學醫學院微生物學科暨研究所的特聘教授鄧述諄主講,鄧老師將介紹端粒酶的運作機制,以及這個研究領域未來的發展走向。
Read more■現在我們人手一機,隨時都能拿起智慧型手機「啪嚓!」記錄下當時美景,但是你能想像在過去只有一般光學相機(需要沖洗底片那種),甚至是只有黑白相機時,又該如何留下眼前的景色呢?當時代進步,我們開始能拍出全彩的照片,追求更高的解析度,生活習慣也跟著發生改變;同樣的,當生物研究的技術逐漸發展,從傳統以觀察為主的博物學到發明出現代生物技術如基因定序時,人類開始可以插手生物的運作,我們看世界的角度也跟著產生變化,研究人員也有了嶄新的題材和領域可以探索。于宏燦老師就是這樣一位處於生物研究轉捩點上的教授,從演化遺傳到基因定序,橫跨研究世界的傳統和現代。
Read more■雙螺旋結構為什麼這麼重要?它意味著 DNA 上的鹼基,可以排列成任何序列,就如同光靠 0 與 1 就能編碼出無窮無盡的電子訊息一樣;此外 DNA 還可以利用雙螺旋結構,讓鹼基進行配對複製,得到和原本的母分子一模一樣的兩個子分子。如此重大的意義,遠超乎當時參與 DNA 二級結構研究科學家的預期,無怪乎克里克曾經感慨地說過:「與其說華生和克里克造就了 DNA 結構,毋寧說是這個結構造就了華生和克里克。」
Read more雙螺旋成為分子生物學的金鑰匙,揭開了基因的神秘面紗。遺傳基因的訊息竟然就記載在DNA的鹼基序列中。這些鹼基序列編碼各種蛋白質的胺基酸序列,在生物體中執行各種功能。我們每個人的基因體序列就是我們的生命藍圖,關係我們的健康,提供個人化醫療的新局面。此外,DNA還會進一步營造新的變身,讓生命展現更豐盛的功能,像是给自已穿上不同的戲裝,扮演不同的角色。在這些過程中,DNA還要不時維護自己的結構,保持資訊的完整,甚至還設法記錄後天的經驗,遺傳给下一代。這一期的探索科學講座,要帶著大家來發掘DNA王國的秘密,以及它繼續帶给我們的衝擊與挑戰。
Read more■「如果想要減肥,就去火星吧!地球上100公斤,到火星只有38公斤,不管是跑跳或參加奧運都會很厲害!」孫維新開玩笑地說。
火星一直是人類極力想去探索的太陽系行星,它比地球小很多,體積只有八分之一。只是這個探索歷程幾家歡樂幾家愁。歐洲太空總署(ESA)曾在十年前發射「小獵犬二號」(Beagle 2),試圖登陸火星,可是卻在登陸過程中失去訊號,消失得無影無蹤。焦急的ESA只好向NASA求助、幫忙搜尋,不過直到兩年前才發現小獵犬二號的蹤跡。小獵犬二號因為設計的太陽能板未能完全開啟,無法取得足夠的電力,也阻擋了它對地聯繫的無線電波訊號。
■歷史上曾發生數次大規模的生物滅絕事件,最近的一次發生在約莫六千五百萬年前的白堊紀末期,科學家有足夠的證據相信那時的滅絕事件源自於一次天體的撞擊。當年的撞擊抹去了恐龍統治地表的足跡,那麼下一次呢?事件的主角會是人類這個種族嗎?
Read more■太空任務是了解小行星形狀和大小最直接卻也是成本最高的方式。當小行星構接近地球,天文學家能用電波望遠鏡或自適應光學技術(藉以消除大氣擾動)來觀測小行星的形狀和大小。否則,我們只能依據小行星反射的可見光亮度來估計其反照面積而得知其大小,其中需考慮小行星的反照率及距離。而小行星的質量只能透過多體系統(人工的與天然的)量測。得知小行星大小與質量便能計算其整體密度。目前已知的小行星體密度都小於其組成物質,懷疑其內部結構為瓦礫堆模型,即小行星由許多小碎塊所組成,碎塊中有許多空隙與孔洞,因此有著較組成物質低的整體密度。
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