生命科學

血纖維蛋白溶解酶（Plasmin）

2014/06/04
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血纖維蛋白溶解酶（Plasmin）
國立臺灣大學生命科學系四年級曾子倫

在101年衛生福利部統計處公布的國人十大死因中，心臟及腦血管疾病高居於十大死因的第二名及第三名，主要原因可能是飲食習慣的改變所造成的結果，心血管疾病的產生主要原因和動脈粥狀硬化的加速有關，當低密度膽固醇因血管內皮通透性增強或是因為和多醣蛋白結合而使停留時間過長，低密度膽固醇會很容易被氧化而釋出磷脂質，因而引起慢行發炎現象，此慢性發炎將會引發血管內壁纖維化，並造成血管容易出現裂痕並進一步引發血栓形成，使血管管徑越來越小，脆化及管徑減小將造成血壓變大並使血管容易破裂，腦部的微血管若是破裂將會造成血塊壓迫腦部，而引發中風。

哺乳動物體內擁有凝血以及抗凝血這兩個機制，此兩機制互相平衡可以使生物體維持在健康的狀態。

當血液黏滯性過高、血液流動產生亂流或是因為內皮細胞受損就可能形成血栓。血栓（blood clot）是凝血酶（thrombin）/血纖維蛋白（fibrin）凝血機制所造成的：凝血酶將溶於血漿中的血纖維蛋白酶原（fibrinogen）轉換成不溶於血漿的血纖維蛋白，這些血纖維蛋白會沉澱形成網狀結構並將紅血球纏繞形成血栓，這些血栓的正常功能為將血管破損處修補或是形成障壁來抵禦病原的入侵。

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圖一、血纖維蛋白溶解酶調控與被調控的關係
血纖維蛋白溶解酶原會被t-PA或u-PA活化，而活化的血纖維蛋白溶解酶會直接以及間接的使細胞外間質（ECM）及血纖維蛋白分解。

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生物性保存技術（Biopreservation）

2014/06/02
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生物性保存技術（Biopreservation）
國立臺灣師範大學生命科學系碩士生李亞翰

臺灣四面環海，孕育了各種海岸地形，海產資源十分豐富，然而海洋中有許多有害微生物，因此有許多養殖業者會添加抗生素，來抑制有害微生物。然而，藉由生物性保存技術（biopreservation），則可以同時達到降低抗生素濫用與降低食物遭有害微生物汙染所引起的食物中毒，或是降低海鮮產品在儲存時受環境微生生物污染的機會。

生物性保存技術意指利用生物或微生物所生產的相關物質，來達到食品保存的目的。而目前生物性保存技術的相關研究中，又以利用乳酸菌作為生物性防腐劑（biopreservative）的應用實例最多且成效良好。

過去的研究顯示，乳酸菌（lactic acid bacteria）與發酵水產品之間有密切的關連性。在各國的海產加工食品中如醃製魚（pla-ra, pla-chom, kung-chom和hoi-don）、醃蝦 （terasi）、鹽漬熟蝦、冷燻鮭魚等產品中，以及在臺灣的傳統發酵食中如醃薑、醬筍、酸菜、豆鼓、醬冬瓜、破布子與鹹蜆，皆可發現乳酸菌的存在。在這些產品中的乳酸菌不僅有助於產品的味道、香氣和質感，同時也降低了產品的pH度進而提高了食品的品質與安全性。除了海產加工食品中，乳酸菌也可以在水生動物的腸道中發現。

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DNA改造 : 遺傳基因新密碼

2014/05/29
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DNA改造 : 遺傳基因新密碼
國立臺灣大學生命科學系范姜文榮編譯/德州大學分子生物科學研究所馬千惠責任編輯

根據美國加州Scripps研究機構2014年5月7日的報導，該機構的科學家已成功將一對非存在於自然界的基因密碼，透過基因工程轉殖至細菌內，該特殊細菌只要能獲得分子結構單元1的供應，能相當正常地複製非天然DNA鹼基對。

該機構的Floyd E. Romesberg學者表示，地球上多樣的所有生物體DNA都是由兩對的基因鹼基，A-T和C-G編碼形成，不過他所領導的研究團隊成功地在大腸桿菌，再加上第三對、非天然的鹼基對2，這顯示其它的方式也有可能儲存訊息，帶領人類更進一步認識基因生物學的未來發展，未來它可能帶來更多令人興奮的應用，例如新的藥物開發，甚至新型奈米科技。該研究成果刊載於2014年5月7日科學期刊「Nature」線上版。

許多挑戰

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圖片來源：flickr@skreck

從1990年代末期，Romesberg和同事就一直研究去找尋一對分子，能作為新的、有功能的基因鹼基對，原則上能編碼合成過去未曾出現的蛋白質或生物體。

這項挑戰並非容易，任何具有功能、新型的一對基因鹼基，必須具有相當於天然的核苷鹼基對A-T 與C-G互相鍵結的親和力。新型基因鹼基對，也要能沿著基因雙股展開鏈上穩定地排列；於DNA複製與轉錄至RNA過程，在天然聚合酶作用下，它們需要能穩定地解開及結合DNA。另外，這些非天然核苷入侵者，也要避免受到DNA修復機制3的攻擊或移除。

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表觀遺傳學

2014/05/27
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表觀遺傳學 (Epigenetics)
國立臺灣師範大學生命科學系 黃培綺

在臺灣，國、高中生物所學到的傳統孟德爾遺傳學說，對於解釋性狀的不同表現，其原因是因為控制性狀的基因型不同，而造成性狀在表現型上有所差異，然而這個解釋無法說明，一個多細胞生物其細胞具有相同的DNA序列及基因型，卻具有各式各樣不同表現型的細胞，例如肌肉細胞、神經細胞、上皮細胞、血管內皮細胞等，決定這些細胞種類的不同不是DNA序列或基因本身，而是基因表達模式的不同，且在細胞世代之間，基因表達模式可藉由細胞分裂遺傳至下一代的細胞。

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圖一、核小體
(nucleosome) 構成真核生物染色質的基本單位，DNA與組織蛋白結合形成核小體示意圖。
圖片來源：維基百科

研究在不改變DNA序列的前提下，亦即在相同的DNA序列下，透過調控基因活性的機制，所引發具有遺傳性且穩定、長期的基因表達或細胞表現型的變化，就是「表觀遺傳學 (epigenetics) 」。表觀遺傳學是1980 年代才逐漸發展興起的一門科學，又稱為「表遺傳學」、「外遺傳學」、「擬遺傳學」或是「後遺傳學」，英文為epigenetics，其中「epi-」源自希臘文，有「在…之上」或「除…之外」的意思，「-genetics」就是遺傳學。因此，表觀遺傳學的特徵是在傳統的分子遺傳學之上或之外的遺傳學。

而表觀遺傳學也能這樣解釋：在不涉及核苷酸序列改變的前提下，功能性相關的染色體改變。此種染色體改變的機制包括了「DNA甲基化 (DNA methylation) 」和「組織蛋白修飾 (histone modification) 」等，這樣的調控機制皆能在不影響DNA序列的前提下，造成基因表達的不同。另外，藉由抑制蛋白結合在DNA的沉默基因區域，也能調控基因的表達。這些表觀遺傳學上的變化，也就是表觀遺傳現象，可能可以通過細胞的有絲分裂或減數分裂保留下來，並可能持續遺傳好幾代，而這些變化都僅僅是在非基因因素的層次上，導致生物體基因表達的不同。

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分子柯霍法則（Molecular Koch’s Postulates）

2014/05/26
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分子柯霍法則（Molecular Koch’s Postulates）
國立臺灣師範大學生命科學系碩士生黃培綺

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圖一、微生物學家斯坦利伐爾柯(Stanley Falkow)，在劍橋威康信託基金會桑格研究所(Wellcome Trust Sanger Institute)。
圖片來源：維基百科

一般常說的柯霍法則，是一套用來證明微生物與特殊疾病之間因果關係的準則，這套法則的出現對於醫用微生物學有重大的意義。

然而這套法則並非能適用在所有人類疾病的研究，例如，有些病原體無法在宿主體外進行純培養，而且因為這些病原體只在人體中生長，所以要研究這病原體並做相關的實驗時，就得在人體上進行。

為了解決這樣的困難，在西元1988年，微生物學家Stanley Falkow 博士(圖一)以柯霍法則的觀念為基礎，加上分子生物學，亦即基因的觀點，制定出了新的柯霍法則—「分子柯霍法則」。分子柯霍法則的重點是，那些存在於傳染性病原體品系中的致病力基因，而非病原體本身，必須要能鑑定、分離並且複製致病力基因（又稱毒力基因）。

這套分子生物學法則的標準，總結來說有下列五點：

（一）、在病原體的物種中，致病力基因所表現出的性狀（致病性狀）與病原體中致病品系的相關性要遠高於非致病品系。

（二）、失活的致病力基因（或基因群）應會導致可能與這個基因（或基因群）相關的致病性狀顯著的降低，而且也會降低病原體的致病性。

（三）、用野生型病原體的致病力基因（或基因群）替換掉因突變而失活的致病力基因，應會使換上野生型基因（或基因群）的病原體完全恢復致病力。

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活性氮（Reactive Nitrogen Species）

2014/05/23
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活性氮（Reactive Nitrogen Species）
國立臺灣師範大學生命科學系黃盟元博士

$$\mathrm{NO}$$ 主要的生物化學反應有氧化、硝化（加入 $$\mathrm{NO_2}$$）、亞硝化（加入 $$\mathrm{NO^+}$$）及亞硝基化（$$\mathrm{NO}$$）幾種。

生物學家在一氧化氮（$$\mathrm{NO}$$）及其代謝產物的深入研究中，提出了一個新名詞「活性氮（RNS）」，RNS 包括各種各樣從 $$\mathrm{NO}$$ 所衍生而出的物質，就像活性氧（ROS）一樣，RNS的產生來自生物自由基的相互作用。

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超多能分化性（Pluripotency）－來源與應用 -中

2014/05/20
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超多能分化性（Pluripotency）－來源與應用 -中
臺中市雙十國中自然領域王淑卿教師

連結：超多能分化性（Pluripotency）  -上

  • 幹細胞是什麼？

幹細胞（stem cell，SC）是從孕育數天的胚胎中提取出的原始、未分化的細胞，具有增殖（proliferate）與分化（differentiation）兩大能力。

幹細胞具有兩大特徵，一為自我更新（self-renew），透過有絲分裂可分裂出更多幹細胞，以保持其分化潛能（differentiation potency）；另一為分化功能，由未分化狀態（undifferentiated state）的細胞，分裂和分化成生物體內不同功能與形態的特化細胞（specialized cell）。

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超多能分化性（Pluripotency） -上

2014/05/20
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超多能分化性（Pluripotency） -上
臺中市雙十國中自然領域王淑卿教師

隨著科技與資訊的發達，並受後現代主義（postmodernism）質疑約定俗成的形式，包容多樣性差異、鼓勵創新和前瞻未來的多元文化思潮之影響下，個性化、特殊化、能滿足個人需求的客製化（customisation）時代因應潮流而生，不僅時尚、企業、食品、運動、3D列印（3D printing）科技、甚至健康和醫療，都可為個人量身打造最適合自己的商品與服務，為病患個人化醫療的再生醫學（regenerative medicine）幹細胞研究因應而興起。

  •    2012年諾貝爾生理醫學獎－誘導式超多能幹細胞（induced pluripotent stem cell，iPS）

2012 年諾貝爾生理醫學獎由英國劍橋大學教授戈登（John Gurdon）與日本京都大學教授山中伸彌（Shinya Yamanaka）共同獲得（圖一），因為發現成熟的細胞可以被重新編程為具有超多能分化性（pluripotent）。

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圖一 2012年諾貝爾生理醫學獎得主：左-戈登（John Gurdon）1933年出生於英國狄潘後市（Dippenhall）；右-山中伸彌（Shinya Yamanaka）1962年出生於日本大阪市（Osaka）。 (圖片來源： http://www.nobelprize.org/nobel_prizes/medicine/laureates/2012/gurdon-facts.html http://www.nobelprize.org/nobel_prizes/medicine/laureates/2012/yamanaka-facts.html)

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跳高的世界冠軍～沫蟬

2014/05/17
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跳高的世界冠軍～沫蟬
國立高雄師範大學生物科技系 許惇偉助理教授

歷史上政局的動盪，往往會伴隨著思想創見的激盪與興起。英國在 1640 年由君權集中至 1688 年確立君主立憲制期間，連串的內戰、王權復辟等衝突讓當時的學者在躲避政治問題的同時有了更多接觸的機會。

那時的牛津群賢畢至，有闡述天賦人權聞名的哲學家約翰洛克(John Locke，1632-1704)、承襲培根(Francis Bacon， 1561-1626)的科學啓蒙精神，利用實驗來理解氣體特性的科學家波以耳(Robert Boyle，1627-1691)，還有波以耳的得力助手虎克(Robert Hooke 1635-1703)等人都聚集于此。

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