每個人呼氣有專屬「氣紋」？
國立臺灣大學科學教育發展中心特約編譯柯廷龍/國立臺灣大學動物學研究所潘建源教授責任編輯
每個人的口氣或呼氣中所包含的物質都不盡相同，就如指紋一般，每個人都有專屬於他的氣紋。(breathprint)(圖片來源：flickr用戶Looking Glass）
在醫學界中，血液檢查及尿液檢查常被醫生拿來作為一項便利的工具，醫生可以藉由這些檢測的報告，判斷病人的健康狀況及病情，但在未來，我們將可以藉由口中呼出去的氣體瞭解自己身體的健康情形。
2013年4月公共科學圖書館網站刊登了1篇關於蘇黎世聯邦理工學院的研究，根據研究發現，人所呼出來的氣體具有獨特的特徵，可以作為檢驗身體健康狀況的依據。
以氣味來判斷健康狀況在傳統中醫早就被使用，中醫師藉由病人口氣的味道來進行診斷。亦有人提出，經過適當訓練的狗或老鼠，可以藉由口鼻氣味辨認出病人是否罹患特定癌症。但在上述例子中，診斷的結果會有偏差。所以，有機化學家雷納多‧曾諾比教授(Renato Zenobi)及其團隊，藉由最新的技術分析口氣或呼氣中的化學元素，來避免上述診斷可能造成的偏差。
為夢而吃：健康睡眠與飲食有關
國立中山大學生物科學系學士林怡文
編譯來源：賓州大學醫學院新聞
研究顯示，多樣化飲食者有更健康的睡眠
俗話說「人如其食」，吃什麽決定你成為什麽樣的人。但你知道嗎，吃什麼也決定你睡得好不好。
睡眠，就像營養攝取與運動，是維持健康的要素。隨著肥胖人口增加，睡眠研究者已著手探索體重增加與睡眠的關係。2013年1月，美國賓州大學醫學院發表於《食慾》（Appetite）期刊的內容，第一次指出，特定營養素可能扮演決定睡眠時間長短的關鍵角色，並且多樣化飲食者有更健康的睡眠。
儘管我們經驗上認知，睡眠和飲食有關，卻很少有科學家去探究兩者之間的關係，特別是從實際生活來研究。一般來說，我們知道那些每晚睡7到8小時的人，更可能擁有好的健康和生活品質，所以我們簡單的問一個問題「睡眠時間長、睡眠時間短和睡眠時間標準的人之間，是否有不同的飲食攝取？」
定向演化（Directed evolution）
國立臺灣師範大學生命科學系研究助理鄭杏倩
定向演化（directed evolution）是改造蛋白質分子的一種有效策略，利用在活體外（in vitro）進行實驗，將帶有目標蛋白質的基因序列進行類似天擇的選汰作用（natural selection），使之獲得在自然天擇狀況下無法得到、且具有特殊功能的基因產物。此種操作技術主要應用於蛋白質工程（protein engineering）的實驗中。
實驗操作上，先建立起一個經過隨機（randomized）突變或是重新組合的基因庫（library），接著篩選（screen/selection）出可以轉錄/轉譯出所需要功能的蛋白質之基因序列。詳細的操作方式主要有以下三個步驟：
以上三個步驟為一個單位，上一輪選出來的突變體被拿來進行下一輪實驗的DNA模板（template），經由重複幾輪的實驗後，得到具有良好功能基因。此技術常應用在protein-ligand binding、提高蛋白質穩定性以及修改酵素結構等研究領域，並且應用在癌症藥物開發、生質燃料（biofuel）轉換等議題上。
啤酒花的妙用
臺灣大學科學教育發展中心陳藹然博士
啤酒花裡的苦味酸在釀造過程中加熱會變成異苦味酸，對糖尿病、某些癌症、發炎甚至對於減肥有幫助。(圖片來源：geograph.org.uk)
在炎熱的夏天來杯冰涼的啤酒，是許多人的最愛。啤酒獨特的香味和苦味來自於釀造過程中加入的啤酒花，這是因為啤酒花裡的苦味酸（humulones, α-lupulic acid)，在釀造過程中加熱會變成異苦味酸(Isohumulone)。研究顯示啤酒與其啤酒花酸對糖尿病、某些癌症、發炎甚至對於減肥有幫助。
對一般的釀酒師來說，他們大概不會在乎苦味酸的結構，但對醫藥研究的科學家而言，最新關於苦味酸精確結構的報導卻是顛覆了過去40年來的許多研究結果，並可能影響治療糖尿病、某些癌症以及其他疾病新藥的發展。
華盛頓大學的化學研究副教授韋納‧卡敏斯基 (Werner Kaminsky)，使用x-光結晶學決定啤酒花酸、苦味酸分子和一些其他衍生物的結構。苦味酸分子在釀造啤酒過程中由1個6碳環重排為5碳環，在釀造的最後，兩個側邊的基團可以同時在環的上方、下方或一上一下等4種方式排列。卡敏斯基告訴我們：「現在我們比較了解啤酒釀造過程中，苦味的啤酒花發生什麼事。」
人不是白老鼠
中央研究院歷史語言研究所王道還助理研究員
敗血症是加護病房的頭號殺手，在我國也是女性與老人的第9大死因。 它主要是嚴重創傷（包括燒燙傷）合併感染導致的全身性發炎反應，最壞的後果是多重器官衰竭、死亡。在美國，1年有75萬個病例，死亡率大約四分之一到二分之一。
根據流行的理論，重大創傷導致多重器官衰竭，需要兩個步驟。首先，積極動員發炎反應；然後再動員抗發炎反應。在第2階段，由於身體的免疫反應受到壓制，無異為感染病原敞開門戶，因此可能導致多重器官衰竭。但是，最新的研究結果並不支持這個理論。
2011年11月，1個美國研究團隊發表研究報告，指出嚴重創傷會在白血球中造成「基因組風暴」，80%基因的表現因而改變。最大的變化發生在最初12小時之內；受壓抑的基因數量大於動員的數量。一開始，動員的基因都直接與先天免疫、辨識病原、與發炎反應有關。遭到壓抑的10大基因家族，9個與後天免疫有關。
這個研究團隊還比較了創傷病人與健康的人對於細菌內毒素的反應。研究人員並沒有發現他們白血球基因組的變化有什麼差異。此外，重大創傷病人的預後不一，有的很快就復原；有的必須在加護病房住上幾個星期；有的最後不治。但是，他們的白血球都經歷了相似的「基因組風暴」。換言之，人的身體對於創傷感染有一個固定的反應模式。
人與小鼠是不同的哺乳動物，人類對於創傷／感染的基因組反應模式與實驗室小鼠完全不同。(圖片來源：flickr用戶Steve Beger)
2013年2月初，這個團隊發表了另一篇研究報告，指出人類對於創傷／感染的基因組反應模式與實驗室小鼠完全不同。因此，實驗室小鼠不適合做為開發人類醫療用藥的模式動物(animal model)。難怪最近幾十年以小白鼠實驗開發出來的藥物幾乎都失敗了。由於美國食品藥物管理局(FDA)與全世界的科學社群，都將小白鼠視為開發人類用藥的模式動物，這一研究結論勢必引起廣泛注意，影響將極為深遠。
該團隊包括美加菁英，如美國麻省綜合醫院、史丹福大學醫學院、加拿大多倫多大學的醫師與研究人員。他們比較嚴重創傷、燒傷病人，以及健康志願者對於低劑量細菌內毒素的反應；再比較人與小鼠的反應。
首先，研究人員發現5554個人類基因的表現因創傷（或細菌內毒素）而發生顯著變化。其中4918個基因小鼠也有。接著研究人員觀察那些小鼠基因在同一情況後的變化。結果令人驚訝：小鼠的基因組反應與人類不同。而且小鼠對於創傷、燒傷、與細菌內毒素的反應彼此不同。此外，小鼠基因的反應時序也與人類不同。
這個研究提醒了我們1個卑之無甚高論的常識：人與小鼠是不同的哺乳動物。人屬於靈長目；實驗室小鼠屬於嚙齒目；靈長目與嚙齒目已分別演化了至少6,000萬年以上。除了形態上的差異，靈長目與嚙齒目動物的生命周期也有巨大差異。在身體的防衛系統上，當然可能演化出不同的策略。例如人與鼠應付細菌內毒素的能力就大不相同：小鼠的致死量可達人類的100萬倍以上。因此人與小鼠對於嚴重創傷有不同的基因組反應，毋寧是意料中事。
可能廣泛治療類澱粉蛋白沉積(amyloidosis)引起之神經性疾病的「萬用藥物」
國立臺灣師範大學生命科學系李冠群副教授
類澱粉蛋白(amyloids ) 是一種不可溶的纖維狀蛋白質，名稱的由來是因為早期碘染色（iodine-staining）技術尚不成熟，使得科學家誤以為它是一種澱粉（拉丁文為amylum）。當時科學界一直在爭論它到底是屬於脂肪沈澱物，或是碳水化合物沈澱物，直到最後，才發現它其實是一種蛋白質。當類澱粉蛋白不正常地在器官中堆積時，會造成類澱粉沉積症(amyloidosis)。目前已知在人體內至少有18種蛋白質，會因為其蛋白結構錯誤折疊，導致與本身或與細胞內其他蛋白質發生糾結，形成纖維狀的類澱粉蛋白沉積。在阿茲海默症（AD）和帕金森氏症等多種神經性疾病患者的神經系統中，都可以觀察到大量類澱粉蛋白的沉積，因此，許多學者相信它可能是導致腦部或其他器官功能退化或功能障礙的原因。
美國加州大學歐文分校的詹姆斯諾維克教授（James Nowick of the University of California, Irvine）和洛杉磯分校的大衛艾森伯格教授（David Eisenberg of the University of California, Los Angeles）所領導的研究團隊，已經共同研製出一種環狀胜肽類的模板分子，它可誘導多種胜肽形成β-褶板結構(β-sheet structures)。在體外的試驗中，這些β-褶板結構可以阻斷包括amyloid-β (簡稱Aβ）、tau和α-synuclein等多種蛋白的沉積，也可減少Aβ在細胞造成的毒性，而Aβ與tau正是阿茲海默症的致病蛋白質；α-synuclein則是帕金森氏症的致病蛋白質，因此，該種新型蛋白沉積抑制劑，在同時治療多種神經性疾病上具有極大的潛力。此結果已發表在2012年9月線上的《自然化學》（Nature Chemistry）期刊。
2000年，諾維克的研究團隊合成出帶有一種稱為“Hao”的人造氨基酸的環狀胜肽，發現每兩個這種胜肽會自行形成β-褶板的結構(dimer)，但不會進一步形成聚集沉積。由於在阿茲海默症患者和前額葉癡呆（frontotemporal dementia）患者等的腦內，tau蛋白會形成β-褶板結構，並會進一步形成聚集沉積，造成神經纖維纏結（neurofibrillary tangles），於是科學家們嘗試納入tau蛋白片段，結果發現這種環狀分子會抑制tau蛋白衍生片段的聚集。然而，若將此法應用於Aβ蛋白，則阻止聚集的效果很微弱，這可能是因為含有Aβ蛋白片段的環狀分子太小之故。2012年，Nowick實驗室的博士班研究生Pin-Nan Cheng（來自台灣的鄭彬南，也是該篇研究論文的第一作者）和艾森伯格研究團隊的成員，以含有“Hao”的環狀胜肽為模板，創造出新型較大的環狀分子，該分子同樣能形成β-褶板構造，並可有效防止Aβ聚集，以及降低類澱粉蛋白聚集體的毒性。該團隊甚至將此環狀分子模板納入其他會導致類澱粉沉積症(amyloidosis) 的蛋白片段，例如tau、α-synuclein、第二型糖尿病有關的胰島類澱粉蛋白等，發現也有抑制聚集的效用（參見下圖）。
單一含有“Hao”的環狀胜肽分子(圖a及圖b標示紅色的分子)可以阻斷多種類澱粉蛋白(圖b標示藍色的分子)的沉積。
目前Nowick研究團隊只在生物體外測試了這些新型阻斷劑，他們對這些阻斷劑如何彼此作用、如何和正在聚集的蛋白質作用，以及蛋白質如何形成寡聚體（oligomers）深感興趣，最終將會把類似的阻斷劑分子引到模式動物中進行測試。此研究對於尋找更普遍阻斷不同蛋白聚集的新型阻斷劑而言，是邁出了一大步。
至於這類阻斷劑分子是否能成為阻止蛋白聚集的良好藥物，仍有待觀察。過去，曾有研究人員進行臨床試驗，測試某些Aβ聚集阻斷劑的效果，結果效用不大，例如Scyllo-inositol (又名 ELND005）是一種可阻止Aβ聚集的植物性糖醇，它能控制阿茲海默症轉基因小鼠的認知能力下降，但在第2階段人體臨床試驗中，對於輕度至中度阿茲海默症患者來說，並沒有提高這些患者的認知功能。另一種Aβ聚集抑製劑－Alzhemed（又名tramiprosate），雖然通過第2階段的臨床試驗，但在第3階段的阿茲海默症試驗中，並未出現臨床療效。
(本文由國科會補助｢新媒體科普傳播實作計畫」執行團隊撰稿)
原文首刊載於國科會科技大觀園科技新知
尋找保護性的基因突變：為什麼有人不會得阿茲海默症?
長庚大學生物醫學系周成功教授
許多遺傳性疾病都是因為基因突變，造成蛋白質胺基酸序列改變，使得蛋白質功能喪失而得病。但有沒有人會因為攜帶了特定的基因突變，反而不容易罹患特別的疾病？找到這些保護性的基因突變，可以讓我們更瞭解疾病的成因，發展有效的預防或治療的藥物。透過大規模基因定序與病歷資料庫的分析，最近發現的確有些基因突變能保護老年人不容易得到阿玆海默症。
阿茲海默症又稱老年失智症，主要病徵就是認知和記憶能力逐漸喪失，它發生的機會與年齡成正比；過了65歲，每5年發病率會增加一倍。迄今仍無有效的治療方式。造成疾病確實的原因還不完全清楚，不過許多証據都指向一個蛋白：amyloid β precursor (APP)。APP是神經細胞上的一個膜蛋白，真正的生理功能並不清楚。它會被酵素切出一小段蛋白，稱作 β amyloid。β amyloid自己很容易聚集成塊。解剖阿茲海默症病人的腦子，會看到神經組織中有許多 β amyloid聚集的斑塊。β amyloid形成的斑塊是判定阿茲海默症一個重要標記。
1987年科學家發現早發性家族遺傳的阿茲海默症患者，帶了APP基因的特定突變，確立了兩者之間的關係。但從APP到 β amyloid的斑塊，是造成阿茲海默症的原因？還是病發後的結果，一直沒有定論。
雖然人老之後容易得阿茲海默症，但為什麼仍有許多老人完全沒有失智的困擾？會不會這些人帶著一些未知但會保護神經老化的基因？為了回答這個問題，冰島的科學家首先分析了1,795位冰島居民完整的基因組序列和就醫記錄，結果發現千分之五的冰島人身上APP基因第673個胺基酸會從alanine突變成threonine。接下來再用400,000名北歐人的檢體作全面的檢測，發現帶了這個APP基因突變的人與一般人相比，有5倍的機會活到85歲而沒有罹患阿茲海默症。
這個673胺基酸發生突變的APP蛋白比較不容易被酵素切出 β amylod！這個特性解釋了它的保護機制，同時也進一步証實APP產生 β amyloid是造成阿茲海默症的原因。對大多數正常人來說，可以減少 β amyloid的方法，就是去找可以抑制切割APP那個酵素活性的藥物。目前有好幾家藥廠正在發展這種酵素抑制劑，有的己經進入一期臨床實驗。
有了它，類澱粉蛋白不再沉積
國立臺灣師範大學生命科學系副教授李冠群/國立臺灣師範大學生命科學系副教授李冠群責任編輯
類澱粉蛋白(amyloids ) 是1種不可溶的纖維狀蛋白質，名稱的由來是因為早期碘染色（iodine-staining）技術尚不成熟，使得科學家誤以為它是1種澱粉（拉丁文為amylum）。當時科學界一直在爭論它到底是屬於脂肪沉澱物，或是碳水化合物沈澱物，直到最後，才發現它其實是1種蛋白質。當類澱粉蛋白不正常地在器官中堆積時，會造成類澱粉沉積症(amyloidosis)。
目前已知在人體內至少有18種蛋白質，會因為其蛋白結構錯誤折疊，導致該蛋白質會與其本身、或與細胞內其他蛋白質發生糾結，形成纖維狀的類澱粉蛋白沉積。在阿茲海默症和帕金森氏症等多種神經性疾病患者的神經系統中，都可以觀察到大量類澱粉蛋白的沉積，因此，許多學者相信它可能是導致腦部或其他器官功能退化或功能障礙的原因。
美國加州大學歐文分校的詹姆斯‧諾維克教授（James Nowick of the University of California, Irvine）和洛杉磯分校的大衛‧艾森伯格教授（David Eisenberg of the University of California, Los Angeles）所領導的研究團隊，已經共同研製出1種環狀胜肽類的模板分子，它可誘導多種胜肽形成β-褶板結構(β-sheet structures)。在體外的試驗中，這些β-褶板結構可以阻斷包括amyloid-β (簡稱Aβ)、tau和α-synuclein等多種蛋白的沉積，也可減少Aβ在細胞造成的毒性，而Aβ與tau正是阿茲海默症的致病蛋白質；α-synuclein則是帕金森氏症的致病蛋白質，因此，該種新型蛋白沉積抑制劑，很可能成為廣泛治療類澱粉蛋白沉積症的「萬用藥物」，在同時治療多種神經性疾病上具有極大的潛力。此結果已發表在2012年9月線上的《自然化學》（Nature Chemistry）期刊。
免於恐懼地吃–食物過敏的治療
國立臺灣大學科學教育發展中心徐伊亭/德州大學分子遺傳及微生物研究所研究助理馬千惠責任編輯
編譯來源：Chemical & Engineering News, 90(43), 12-17.By Lauren K. Wolf
你是否有食物過敏的經驗？在美國，18歲以下的人中，每13個就有1個有食物過敏問題，對特定食物產生過敏反應的兒童有日益增加的趨勢。現今美國免疫學家普遍認為口服免疫療法是可行的，可以用來幫助飽受食物過敏之苦的人。
泰德.柏克里，第一次吃到甜甜圈是在他9歲的時候，不是因為他住的地方沒有甜甜圈，也不是被禁止吃垃圾食品，而是他對甜甜圈裏所含的蛋有嚴重的過敏反應，因此不能吃。
泰德在更小的時候，只要吃到0.1%的蛋就會出蕁麻疹並且呼吸困難。所以得避免吃到蛋類製品，在學校必須坐在特定餐桌吃午餐，自備不含蛋的蛋糕去參加生日宴會，不能吃一些他現在喜歡的食物，例如義大利麵和沾料。在滿6歲後，他的免疫專科醫師羅伯伍德邀請他參加一項在約翰霍普金斯兒童中心進行的口服免疫治療研究，透過讓參與研究的兒童食用少量的蛋並逐漸遞增來建立身體對蛋的耐受性，最終目標是重建過敏兒童的免疫系統，使他們不需要活在誤食蛋類製品的恐懼中。