【人物專訪】從登山捕鼠到基因體定序——訪于宏燦老師

●4/14 于宏燦老師主講:「讀一本生命的無字天書:解碼基因體DNA」點此報名

採訪、撰文|謝季恆

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。

●意外的研究方向

于老師會投入基因遺傳、定序的領域其實認真說起來是個意外。原本,學生時代的老師自臺大動物系畢業後赴美國加州大學柏克萊分校專攻的是演化生物學,也就是探討動物地理學即為什麼動物會這樣分布,特別是針對不同的小型哺乳動物,比如飛鼠、刺蝟之類的囓齒類和食蟲目為什麼會出現在特定的海拔,呈現特殊的梯度分布。因為這個問題要追蹤動物的族群是如何在一個地區擴散的,牽涉到動物的在地演化史,要利用特定蛋白質的遺傳變化來回推當初這支動物是怎麼在這個地區散布、遷徙以致形成現在的樣貌,老師開始接觸並學習基因遺傳的研究方法。當時的時代背景是同時有一群生化學家開始涉足演化的領域,而演化學家也試圖用分子的工具揭開演化的路程,彼此碰撞交流的結果就是發展出一套名為「分子時鐘」的概念─假設生物身上突變累積的速率是固定不變的,那麼藉由計算基因上突變的數量差就可以回推生物間彼此的差異和牠們分家的時間。于老師也就是在這個時期自演化跨入遺傳,利用這套技術去尋找這個地方的先驅者落腳在哪裡並追蹤牠們的家族是如何散佈到整個山林。

●Museum Lunch讓阿斗也能變明君

談起柏克萊,它所擁有的脊椎動物博物館更是讓老師印象深刻,同時也是老師接受訓練、奠定基礎的另一處寶地。和生物學緣起於博物學的歷史息息相關,無論是歐美的哪所大學,舉凡牛津劍橋大學、耶魯大學乃至於哈佛,凡是著名的一流校院都必有至少一間與其相生相伴的自然史博物館。豐富多元的館藏除了提供展覽教育社會大眾,更是學生教授學術研究、充電的一個好去處,得以建立一個從微觀的分子世界到巨觀的生物行為、生態都更加完善的生物概念和眼界。柏克萊這博物館最特別的地方在於,每個星期三中午,博物館都會舉行一個名為「Museum Lunch」的演講系列,研究生必修,學生可以帶著午餐來到博物館,一起聽受邀的學者分享它們的研究故事。由於柏克萊是名校,又位於加州舊金山旁邊而出入方便,到訪的學者自然是來自世界各地在各個不同領域的佼佼者。雖然,不同於正課直截了當的教授學理和實驗技術,但是透過他們的演講,聽眾可以輕易和學界的現在進行式接軌,產生玩科學最為重要的好奇心,而聰明的人所使用的聰明方法,獨特的實驗設計更能給予聽者一場絕對的精神饗宴和啟發。對此,于老師打了個比方「在這裡(柏克萊大學博物館),即使是扶不起的阿斗,經過五年的薰陶也能成為了不起的明君。因為,他已經在這裡看到、聽到了太多,只要內化一些成自己的知識,便足以讓他縱橫天下。」經過柏克萊博物館關鍵的六年養成,于老師表示自己是幸運的,自此之後,他永遠不怕沒有題目可做,也沒有什麼材料會是不可以做,乃至於是做不到的。

●多元的材料小家鼠、草蝦和白蟻

回到臺灣之後,老師一開始延續在美國的研究主題,以臺灣野生的小家鼠,也就是實驗室小鼠的近親來做族群遺傳學的研究,利用粒線體的母系遺傳和Y染色體的父系遺傳追溯族群遺傳的歷史。後來更研究一個有趣的T單型基因(T-haplotype),即擁有其中一個等位基因(allele)的個體會比擁有另一個等位基因的多,因為擁有前者的精子會殺死擁有後者的精細胞,以此作為標記追蹤它在臺灣小家鼠族群中的擴散。在這之後,因為于老師熟悉一系列遺傳研究用的標記和實驗技術,老師受系上羅竹芳老師邀約合作,從追蹤病毒在蝦子族群中的擴散到嘗試解開蝦子的基因體序列,由此正式跨入基因定序的地界。

之後老師開始腸道菌研究。「一花一世界,一沙一天堂。」最小的生物族群乃至於群落就在動物的腸道裡面,腸道內居住的菌群種類和數量之多對生物生存的影響是至關重大的,藉由大規模的基因定序,無論是小家鼠或是白蟻,老師可以解析腸道裡的房客是誰,它們又會對宿主造成哪些影響。老師另一個比較在地的研究則是以烏/白頭翁作為研究對象。當這在西邊的白頭翁和住在東邊的烏頭翁相遇,牠們有一定的機率會交配產下黑白雙色的「雜頭翁」,透過基因定序比對,我們可以推測介在中間的雜頭翁的黑白雙色會是三七分還是五五分,至此基因定序又和演化遺傳產生了一定的結合。

●百花齊放的時代

基因定序從手工跑膠,一個一個目測讀取到現代的自動定序;從仰賴底片感光呈現黑白序列,到核酸自己就能發出各色螢光;從解碼一個基因就是一篇論文,到現在不再滿足於小規模的定序,一口氣定出長達幾千個鹼基對長度的基因體規模;從先看到表徵再定序基因,到比較基因差異就能去推斷表徵的不同,正正反反都能通,基因體的世界百花齊放。于老師表示,基因定序的器具在當代是很貴,然而,一旦擁有了定序基因的工具,人們的想法就會開始轉變。無疑,基因定序已經改變且創造了一個嶄新的時代。


●4/14 于宏燦老師主講:「讀一本生命的無字天書:解碼基因體DNA」點此報名

 

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