生物科技

人工肝臟(Artificial Liver)

人工肝臟(Artificial Liver)
台北市忠孝國民中學自然領域張馨文實習老師//國立台灣大學動物學研究所 陳俊宏教授責任編輯

肝臟除了負責人體內的代謝及合成等功能外,也負責解毒功能。當病毒、藥物或酒精等因素使肝細胞在短時間內大量壞死,會造成急性肝衰竭;而B、C型肝炎或肝硬化會演變成慢性肝衰竭;若體內的氨無法轉換為無毒的尿素,會造成腦部水腫的「肝性腦病變」,進而演變為肝衰竭。因此,一旦肝解毒功能喪失,身體很多其他功能也會受到嚴重影響。

目前還沒有儀器可以取代全部的肝功能,目前醫療使用的人工肝臟的最主要功能,僅能將含有毒素的血液淨化,再把去除毒素的血液輸回病人體內,達到暫時治療急性肝衰竭的效果。這類的人工肝臟運作方式像洗腎機,以透析、離子交換、電透析法等來除去血液中的氨等有害物質,並以活性碳或樹脂吸附有害物質。

疫苗中的藏鏡人-佐劑

疫苗中的藏鏡人-佐劑 (Adjuvant)
臺北市立建國高級中學生物科黃慧茹實習老師/國立臺灣師範大學生命科學系張永達副教授責任編輯

疫苗的作用主要可以引發免疫反應,其中包括了:

(1) 主動免疫,意即未雨綢繆,先注射了抗原然後等待時間讓自體產生抗體的免疫反應

(2) 被動免疫,意即時間緊迫,遠水(自己產生抗體所需時間長)救不了近火(如被毒蛇咬)的情況下迅速給予能中和毒抗原的抗體以挽救生命。

利用果蠅模式動物來研究人類遺傳疾病

利用果蠅模式動物來研究人類遺傳疾病 (Animal Model)
國立臺灣師範大學生命科學系葉柏安博士生/國立臺灣師範大學生命科學系張永達副教授責任編輯

人類的遺傳性疾病,在過去,一直是無解的問題。比方說,如果我們想對病人進行藥物治療,在篩選藥物方面,又不能直接用病人來測試。即便有病人自願測試,篩選藥物的效率也不高,而且風險很大。

所以,人類遺傳疾病藥物的發展一直很緩慢。爾後,拜現代生物科技之賜,科學家們將人類致病的基因,轉殖至動物,使該基因轉殖動物來模擬人類的遺傳疾病 (圖一)。

基因解碼之後的發展-後基因體時代-下(Post Genome Era)

基因解碼之後的發展-後基因體時代-下(Post Genome Era)
台北市忠孝國民中學自然領域張馨文實習老師/國立台灣師範大學生命科學系李冠群助理教授責任編輯

「基因體學」與「蛋白質體學」的建立,造就新興的疾病治療方法。例如:嚴重複合免疫缺失症(severe combined immunodeficiency, SCID),就是因為基因缺陷造成體內無法製造免疫T淋巴球,使孩童容易受到外界病源體的感染,必須終身隔離,只有極少數的患者有可能碰到合適的骨髓捐贈者,使他們脫離病魔。自然期刊(Nature)曾發表有關SCID的治療:在細胞內有許多調節基因表現的蛋白質,它們具有一種特殊的「鋅手指(Zinc finger)」結構,可與DNA進行結合,利用鋅手指將蛋白質附著在一個特定的DNA序列,可以控制基因的活動,或是利用鋅手指搭配的特定酵素切開DNA並修改序列,再將正確DNA片段與鋅手指置入細胞後,細胞便會依照我們置入的DNA片段修改突變基因,達到治療效果。

基因解碼之後的發展-後基因體時代-上

基因解碼之後的發展-後基因體時代-上 (Post Genome Era)
臺北市忠孝國民中學自然領域張馨文實習老師/國立臺灣師範大學生命科學系李冠群助理教授責任編輯

建立細菌人工染色體(Bacterial Artificial Chromosome,BAC)是人類基因組計劃(Human Genome Project , HGP)的定序方法之第一步,接著利用染色體步移(Chromosome Walking)技術,以及高速的自動定序技術(High-throughput Sequencing),提高了定序的效率,組合出完整的人類基因圖譜。

自從Craig Venter創立的賽雷拉公司(Celera Genomics)加入定序的行列後,讓人體基因體草圖解序在2000年6月完成。人類染色體共有約三十億個鹼基,其中約包含有三萬多個基因。

細菌、酵母菌與植物間的基因殖選技術(下)

細菌、酵母菌與植物間的基因殖選技術(下)(Gene Cloning)
南投縣草屯國民中學自然領域陳韋孜實習教師/國立臺灣師範大學生命科學系李冠群助理教授責任編輯

細菌、酵母菌與植物間的基因選殖技術(上)

載體在生物技術的應用上,目前種類有下列幾種:

1. 質體(Plasmid):原為原核細胞(如細菌)中除了染色體DNA(genomic DNA)外所存在的環狀DNA,經由科學家加以改造後具有下列特徵:

A.具有獨立的複製起始點。

B.多種限制酶酵素切位(Multiple cloning site;簡稱MCS),可提供15 kb以內的外來基因嵌入。

C.序列中含有選擇性標記基因(selection marker),可幫助篩選。由於宿主原核細胞的生長週期快(例如E. coli每20~30分鐘分裂一次),並且易於培養保存,因此成為目前實驗室中最常見的載體種類。

流感病毒簡介及流感疫苗的新趨勢(Influenza Vaccine)

流感病毒簡介及流感疫苗的新趨勢(Influenza Vaccine)
南投縣草屯國民中學自然領域陳韋孜實習教師/國立台灣師範大學生命科學系李冠群助理教授責任編輯

流感病毒可以分為A、B、C三型,其中A型流感病毒可以感染人、禽鳥、豬、馬、海豹、鯨魚等動物,而B 、C型流感病毒均只可以感染人類;目前已知在這幾型病毒中,A型流感病毒最容易引起全球性的大流行,因為A型病毒不只可以感染人類,亦可感染禽鳥以及多種哺乳動物,當單一細胞同時感染來自不同種生物的病毒,病毒就可能在釋出細胞時,隨機包裹8段不同病毒的基因(即(-) ssRNA),造成病毒的基因組重組,並產生新的病毒株,此作用稱為抗原轉變(antigenic shift)。

除上述的變異方式,由於流感病毒的基因組為RNA,當病毒在宿主細胞內進行RNA複製時,因RNA依賴性的RNA聚合酶 (RNA-dependent RNA polymerase)不具有校正能力容易產生突變,造成病毒抗原的變異,但病毒本身仍為同一亞型,這種變異的發生稱為抗原漂變(antigenic drift)。每年所注射的流感疫苗,即是針對此種變異方式所設計的流感疫苗,包含兩種亞型A型流感病毒(H1N1、H3N2)及一種B型流感病毒的突變株;在人類的流行病學史上,H1N1及H3N2分別曾經於1918及1968年造成全球流感大流行,導致五千萬到一億的人口死亡。

植物抗凍蛋白在基因改造生物的應用(Antifreeze Proteins ,AFPs)

植物抗凍蛋白在基因改造生物的應用(Antifreeze Proteins ,AFPs)
國立台中第二高級中學生物科龔雍任實習老師/國立台灣師範大學生命科學系張永達副教授責任編輯

植物的生產力受到各種環境壓力(stress)的影響,例如凍害(freezing)、乾旱(drought)、淹水(flooding)等,而要忍受這些環境壓力,有效的方法便是將保護性的蛋白或酵素利用基因轉殖的方式轉入植物的細胞中,利用基因工程的方法增強植物的耐受性(tolerance)。

欲將抵抗環境壓力的蛋白轉殖入原本無法忍受的植物體內,共可分為六個步驟:(1)找尋生存於極端壓力環境下的生物,(2)了解此生物抵抗環境壓力的機制,(3)將特定的基因選殖(clone)出來,(4)利用原生生物的模式(prokaryotic model)確定其基因所轉錄出的蛋白質產物,(5)將基因插入植物的系統並給予其壓力,測試其作用能力,(6)將基因轉殖入非耐受性植物中,作田野測試。而依賴此套基本模式,目前已經在其他生物中找到數種抗凍基因(antifreezing gene),例如目前已發現可由E. coli中選殖出BetA,殖入馬鈴薯內,以及由比目魚(winter flounder)內選殖出AFP,轉殖入煙草中,都有抗凍的效果。以下針對抗低溫壓力相關的基因轉殖種類討論

正夯的基因轉殖技術-胰島素(Insulin)的生產

正夯的基因轉殖技術-胰島素(Insulin)的生產
國立台中第二高級中學生物科何宸岳實習老師/臺灣師範大學生命科學系李冠群助理教授責任編輯

過去,人類為了得到5毫克的生長因子,必須從五十萬頭羊的大腦萃取才能獲得。現在,人類透過生物技術中的基因轉殖技術,便可得到大量且便宜的藥物。何謂基因轉殖技術?所謂基因轉殖技術是將外來DNA移殖至動、植物或微生物等生物細胞,使細胞組織表現外來基因特性,進而產生外來基因表現的蛋白質。1982年,胰島素是第一個獲得美國食品藥物管理局(FDA)核准上市的基因工程藥物,Genentech公司將人類的胰島素基因送入大腸桿菌細胞內,藉由大腸桿菌來大量生產第一型糖尿病患所需的胰島素。

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