海洋生物的基因編輯: 微藻固碳與再生能源

微藻是海洋中「固碳效率」極高的生物,在因應二氧化碳排放及兼顧替代能源的需求下,微藻生質煉製漸漸成為綠色與永續工程的新寵兒。本講次介紹本土團隊利用近年來最火紅的基因編輯技術「 CRISPR / Cas 系統」,對微藻進行基因編修,以達到固碳與提煉再生能源的技術細節。

講師:吳意珣|成功大學化學工程系副教授

生命的訊息在自然情況下,可以透過演化慢慢改變,但是速度著實緩慢,動輒需要上萬年的時間。人類基於自身需求,可以透過一些技術加快這個過程。自 1960 年代發現 DNA 的雙螺旋結構之後,生物科學家便可以將 DNA 拉直,進行複製與編修之後,再將其回復為雙螺旋結構,以此達到基因編修的目的。

到了 21 世紀,最新穎的基因編修技術莫過於「 CRISPR/Cas 系統」,其運作機制基本上是由 RNA 帶著 Cas 蛋白,抵達 DNA 的位點進行切割。這些位點原本只是存在於大多數細菌的一種後天免疫系統,在自身迴文重複序列中,保留外源基因作為「記憶」,用以消滅入侵的質體或者噬菌體;科學家藉由 CRISPR 基因編修技術,對這些位點進行精準切割,將基因編修成符合特定目的作用。 CRISPR 的演進突發猛進,在 2011 年到 2013 年間提出其運作機制之後,近幾年亦發展出 RNA 攜帶 Cas 蛋白抵達 DNA 位點後,不進行切割的編修動作,僅對特定 DNA 予以抑制或活化的技術,使其具有更大的泛用性。 CRISPR 在 2016 年獲得唐獎肯定,近三年更是問鼎諾貝爾獎的熱門研究項目。

吳老師的研究團隊,是全球第一個針對微藻,進行 CRISPR dCas9 的研究團隊。微藻是一種相當適合進行生質煉製 (bio-refinery) 的宿主,研究團隊透過代謝路徑下手,對微藻進行 CRISPR 基因編輯,阻斷其原先的碳通量主要路徑,使其另闢新徑,產生較多的油脂,以達到固碳與開發再生能源的目的。經過 CRISPR 基因編輯的螺旋藻較適合食用,小球藻與衣藻則具有較多油脂,比較適合進行生物煉製。未來若能借鏡這些微藻的 CRISPR 基因編修經驗,拓展到其他種類的微藻上,對於提升再生能源使用率,或是以微藻進行固碳工程,必能有助於緩和全球暖化。

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