生命科學

腸道黏膜異常的原因

2014/02/12
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腸道黏膜異常的原因
國立臺灣大學生命科學系范姜文榮編譯/國立臺灣師範大學生命科學系李冠群副教授責任編輯

編譯來源：日本理化學研究所2013年8月24日訊《腸管粘膜の異常増殖に関わるタンパク質を発見－腸管上皮細胞でタンパク質を輸送するAP-1Bが細胞増殖の制御に関与－》

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腸道上皮細胞的細胞內蛋白質輸送控制因子AP-1B蛋白質，如果機能出現異常，會引發腸道黏膜異常增殖。(圖片來源：維基百科)

日本理化學研究所統合生命醫科學研究中心，與東京大學的醫科學研究所等共同研究團隊，發現腸道上皮細胞的細胞內蛋白質輸送控制因子AP-1B蛋白質，如果機能出現異常，會引發腸道黏膜異常增殖。

生物體表面常與細菌或病毒等外來物質互相接觸，故透過皮膚或黏膜予以保護。覆蓋在生物體表面上的表皮通常是由多層的表皮細胞或角質層所組成，可形成較為堅韌的保護層，故能防止外來物質的侵入。但是人類消化器官等黏膜表面大多僅為單層上皮細胞所覆蓋，其機械性防禦機能較為脆弱，其中腸道黏膜為了提高營養或水分的吸收效率，擁有高達400平方公尺的表面積，經常接觸食物所含的各種過敏物質和隨著食物攝取而來的外來微生物，並且暴露於高達數百兆個腸內細菌叢中。

腸道上皮細胞的細胞膜處於如此危險的腸道黏膜最前線，能夠清楚區分為面向腸道內腔的「頂區」與面向體內的「底側區」，兩者分別具有不同的蛋白質群，對於區隔體內、外完全不同的環境扮演重要的機能。一個細胞內，不同部位的蛋白質組成與其伴隨的機能不同，此現象稱之為「細胞的極性」。

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關節病變基因密碼

2014/02/11
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關節病變基因密碼
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

編譯來源：日本理化學研究所20130510訊《骨・関節、皮膚を広範に犯す難病の原因遺伝子を発見−新たな疾患概念「GAG結合領域病」を提起し、その病態解明に向けた第一歩−》

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在許多骨骼或關節方面有問題且難以治療的病患當中，會伴隨關節鬆弛的脊椎骨端骨幹端形成異常症Ｉ型。(圖片來源：flickr用戶 Adrian Barnes)

在許多骨骼或關節方面有問題且難以治療的病患當中，會伴隨關節鬆弛的脊椎骨端骨幹端形成異常症Ｉ型，脊柱會向後面或側面彎曲，造成脊椎變形，手肘或膝蓋的關節變形、脫臼等，導致嚴重的骨骼異常，是難治療的病徵。先前認為脊椎骨端骨幹端形成異常症Ｉ型是因體染色體異常、屬於單一遺傳基因異常所導致的病徵，但一直都未能找到致病基因。現在雖然透過臨床症狀或Ｘ光線圖像進行診斷，但仍有時會誤診為骨骼或關節的其它病徵，導致無法正確診斷。此類病患有嚴重的骨骼異常，大多有必要進行大手術，因為治療非常困難，於病徵早期就能夠正確診斷與治療就顯得很重要。

近年因為基因定序儀技術的進步，能對此類患者進行大量且快速的基因密碼解析，因此研究人員與臨床醫師等所組成的共同研究團隊使用新生代基因定序儀進行大規模基因體解析，嘗試解析此類病患的異常基因。

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可被分解的生物塑膠

2014/02/10
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可被分解的生物塑膠
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

編譯來源：日本科学技術振興機構（ＪＳＴ）7月16日新聞稿

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自20世紀前半起所開發出的許多塑膠材質，是現代生活不可或缺的材料。以石化資源為原料的塑膠，將來可能面臨資源枯竭或價格高漲等問題，而且自然界所無法分解的塑膠，更會增加環境的負擔。(圖片來源：維基百科)

自20世紀前半起所開發出的許多塑膠材質，是現代生活不可或缺的材料。以石化資源為原料的塑膠，將來可能面臨資源枯竭或價格高漲等問題，而且自然界所無法分解的塑膠，更會增加環境的負擔。

因此以生物資源為原料，可被生物降解並能再生利用的「生物塑膠」，其需求增加。但是與以石化資源為原料所生產的塑膠相比，其生產成本較高，因而妨礙它的普及程度。例如以最具代表性的生物塑膠「聚羥基烷酸」而言，雖已能進行工業規模的生產，但因為是以糖或油脂作為原料，不僅有生產成本的問題，也面臨能源供給，資源枯竭或糖類價格變動等許多問題。

因此日本科學技術振興機構的研究團隊對進行光合作用產生氧氣的原核生物「藍綠藻」在氮或磷缺乏狀態下，合成聚羥基丁酸酯感到高度興趣。藍綠藻能吸收二氧化碳進入菌體內，藉由光合成反應，直接利用光源做為能量來源，可能是生產聚羥基丁酯的理想方式。但是使用藍綠藻與目前生產生物塑膠的微生物相比，其產量少了10倍以上。至目前研究為止，雖已解析出藍綠藻合成多聚羥基丁酯的路徑，但是對於如何調控聚羥基丁酯合成基因的轉錄機制，來增加產量仍有許多未知的部分，因此希望解開其調控機制。

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嗅到危險的味道了嗎？

2014/02/09
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嗅到危險的味道了嗎？
國立臺灣大學生命科學系范姜文榮編譯/國立臺灣師範大學生命科學系李冠群副教授責任編輯

編譯來源：独立行政法人理化学研究所(RIKEN)2013年8月7日訊 <おやっ、危険なにおい?>

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嗅覺對許多生物而言，在尋找食物、感知危險和生殖活動的誘發等生物行為中扮演不可或缺的重要角色。(圖片來源：flickr用戶USFWS Mountain Prairie)

日本理化學研究所腦科學總和研究中心等共同研究團隊發現在嗅覺細胞上能夠敏銳接收氣味分子的蛋白質，亦即敏銳嗅覺機能上必要的蛋白質。

嗅覺對許多生物而言，在尋找食物、感知危險和生殖活動的誘發等生物行為中扮演不可或缺的重要角色。尤其對野生動物而言，能夠敏銳地偵測氣味更是攸關其個體的存亡或子代繁殖的成功與否。

氣味成分中的各式各樣的化學物質由鼻腔內嗅覺上皮組織的嗅細胞所接收，在鼻腔表面的嗅細胞上密佈嗅纖毛，嗅纖毛的嗅覺受器、GTP結合蛋白、cAMP合成酵素、和cAMP依存的陽離子通道等，這些嗅細胞特有的細胞內訊息傳遞分子群都聚集在一起。與嗅覺受器結合的氣味分子，會將訊息透過訊息傳遞分子群的連續運作，有效率地轉換成電子信號，引發嗅神經呈現興奮狀態，將此訊息傳遞至腦部的嗅球，再傳遞至高階的大腦嗅覺中樞，引發氣味的認識、辨別、記憶，進而產生情感的變化、引誘或躲避行為等。

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來聽水凝膠唱歌

2014/02/08
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來聽水凝膠唱歌
國立臺灣大學生命科學所周愛鵑編譯/國立臺灣大學科學教育發展中心陳藹然責任編輯

編譯來源： 化學與工程新聞(Chemical & Engineering News, C＆EN)

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水凝膠具有相當低的片電阻值特性外，可以乘載高電壓，完美的表現出從低到高不同頻率的震動，並且產生多種聲音。(圖片來源：維基百科)

科學家致力發展具生物相容性的可植入式電子感測器，期望可應用在醫學，用於加強患者腦部、心臟或是皮膚的功能，但多年來仍有許多問題需要解決。哈佛大學機械與材料學科的鎖志剛(Zhigang Suo)教授表示：「目前所有已開發的軟性導電體都是依賴銅或石墨烯做為原料，雖然使材料具有導電特性，但這也大幅降低裝置的生物相容性，植入後會產生許多問題。」

鎖教授和哈佛大學化學教授喬治·懷特塞茲(George M. Whitesides)一起帶領的研究團隊，在2013年8月在（Scinece）雜誌發表了一個採用生物惰性凝膠為基質的離子導體元件，並且可順利導電使得膠體產升行變，這種導電力預期可用在誘發人類心臟跳動或是神經電傳導上。而膠體完全透光的特性甚至可應用光學元件上，是相當具突破性的發明。

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維他命能否預防癌症？

2014/02/07
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維他命能否預防癌症？
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

編譯來源：《Is There a Role for Vitamins in Cancer Prevention?》

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人們為許多原因服用營養補充品，如預防疾病、疾病調適、延長生命、及促進身體健康。有些人為預防癌症發生或復發及延長生命。但真的有效嗎？(圖片來源：維基百科)

根據2013年美國全國性調查，約40%美國成人服用綜合維他命或礦物質，許多人也服用鈣、葉酸、維他命D、及其它維他命與礦物質補充品。人們為許多原因服用營養補充品，如預防疾病、疾病調適、延長生命、及促進身體健康。有些人為預防癌症發生或復發及延長生命。

自古人們一直想要找到神奇藥丸，來延緩疾病發生及延長生命，且身體常會發生營養不足的情況，再加上直接殺死癌細胞的輻射線或藥物，大多透過活性氧自由基破壞細胞週期來達到目的，因此市面上常出現打著抗自由基物質「抗氧化劑」的保健食品來抗癌，如維生素C、E、β-胡蘿蔔素等，故補充維他命一直被認為是有價值的健康策略。但最新研究顯示活性氧自由基在生理所需的濃度下，可行使正常細胞功能；若活性氧自由基過度產生，則可能造成細胞中DNA、脂質、蛋白質等分子過度氧化，而造成細胞傷害。人們想要問的是：「這些營養補充品真的有效嗎？」然而目前許多保健食品添加過量的葉酸、碘、菸鹼酸、及維他命，這論調可能不太適當。

假如營養補充品的某些物質有效，它們會是那些物質？適當劑量為何？以及必須服用多久可看到成效？很不幸地，哥倫比亞大學醫學中心的研究團隊檢視有關維他命或礦物質的研究數據，發現使用維他命或礦物質補充品來預防癌症的效果有限。

無明顯效益，有些證據顯示反而有害

許多實驗顯示使用維他命或礦物質的效果有限，甚至全無效果。過去研究顯示維他命等雖無具體效果，但至少這些營養補充品是無害的。而最近研究結果顯示服用維他命或礦物質可能是有害的。

在美國愛荷華州超過38,000位年長女性健康情況的研究，發現許多常被使用當作維他命或礦物質補充品，如綜合維他命、維他命B6、葉酸等，與死亡率提高有關。這個結果令人感到吃驚，因過去很少證據顯示是有害的。

無特效藥

在健康男性使用維他命E與硒元素的營養補充品來預防攝護腺癌的臨床實驗，顯示此營養補充品都未能預防攝護腺癌，且維他命E反而會提高攝護腺癌的風險。最近對美國超過14,000位50歲以上男性醫生健康研究，實驗者依亂數法則每日服用綜合維他命或安慰劑，結果發現服用綜合維他命者，大體上降低8%的癌症發生率，然以上兩個群體的死亡率並無差異。

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蜜蜂存亡與農藥之爭

2014/02/02
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蜜蜂存亡與農藥之爭
國立臺灣師範大學英語系吳宜恬編譯/國立臺灣師範大學生命科學系李冠群副教授責任編輯

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蜜蜂若暴露於有新菸鹼類藥劑的環境中，容易喪失辨認和記憶花蜜味道的能力。(圖片來源：維基百科)

2013年4月，歐盟執委會通過了一項新菸鹼類農藥的暫時禁令，雖然27個成員國中，有14個國家投下反對票，但此暫時禁令仍預計於11月開始於成員國間實施，為期兩年。歐盟宣稱，根據科學檢驗，新菸鹼類化學藥劑很可能是蜜蜂族群逐年減少的元凶之一。

英國也是當初持反對意見的成員國之一，如今對這項暫時禁令，英政府表態妥協，但仍未禁止新菸鹼類在園藝上與公園內的使用。英國政府表示，當今學界對新菸鹼類是否直接造成蜜蜂族群消失仍存廣泛爭議。

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細胞的命運決定機制

2014/01/24
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細胞的命運決定機制
國立臺灣大學生命科學系助教范姜文榮編譯

編譯來源：独立行政法人理化学研究所(RIKEN)2013年10月1日訊 <細胞の運命を左右する新しい分子メカニズムの一端を解明>

原文出自日本行政法人理化学研究所

從未分化的幹細胞到各類細胞的命運決定，與遺傳基因表現的啟動與關閉密切相關。幹細胞為了分化功能須維持其全能分化性1，在維持分化相關基因活化的同時，實際上也有必要能停留於非活化狀態。

為了維持幹細胞此特性，扮演重要角色的是「基團蛋白質群」2 。過去研究已指出「基團蛋白質群」能在細胞分化、增值或抑制有關基因的所在位置，形成「基團蛋白抑制複合體」3，將該基因予以不活化，因此「基團蛋白抑制複合體」是幹細胞命運決定的主要因子，但其抑制基因表現、及抑制解除的分子機制仍幾乎未知。

日本理化學研究所的研究團隊使用老鼠基因改變技術及細胞影像技術，企圖解析「基團蛋白抑制複合體」對基因調控的機制。首先製作能使用螢光追蹤「基團蛋白質群」的基改老鼠，以瞭解此複合體在細胞核內位置。再透過顯微鏡觀察基改老鼠的胚胎細胞，發現在非活化狀態的基因區域，有「基團蛋白抑制複合體」頭尾聚合、連結在一起，形成斑點狀的「基團蛋白結構體」。

為瞭解「基團蛋白結構體」的角色，有必要觀察「基團蛋白結構體」形成情形。研究團隊推論「基團蛋白抑制複合體」的結構成分之一「Phc2蛋白質」具有自我聚合活性是關鍵所在。因此製作會引發聚合形成不全的基因異常老鼠，即Phc2基因點突變老鼠，並觀察其細胞狀態。結果如同預料，「基團蛋白結構體」未形成，且與基因表現啟動或關閉有密切相關的染色質結構也同時鬆開，而受到「基團蛋白抑制複合體」所抑制的基因群表現則上升。例如Hox基因表現增加，影響脊椎骨的形成方式；Cdkn2a基因表現增加，提早引發細胞老化。檢視Phc2基因點突變老鼠，發現「基團蛋白結構體」不全，誘導原應變為頸椎的脊椎骨位置，反而變為胸椎；原應為胸椎的位置，變為腰椎，出現體節位置變換現象。以上結果顯示「基團蛋白結構體」的形成能抑制細胞命運決定的相關基因。

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找到培養人類脊髓細胞的條件了！

2014/01/22
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找到培養人類脊髓細胞的條件了！
國立陽明大學生科系暨基因體科學所碩士生陳怡君/國立陽明大學生科系暨基因體科學所副教授陳俊銘編校

 

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圖片來源：維基百科

星狀細胞(Astroctyes)為中樞神經系統中含量最多的膠質細胞。目前較為人知的功能以協助神經細胞的生長與訊息傳遞為主。近年來發現其在神經疾病、腦損傷或感染等過程午也扮演重要角色，然而星狀細胞在神經系統不同位置就有不同的特性，造成研究其功能、型態或發育過程十分困難，因此勢必需要建立體外培養的模式以利觀察與研究。

健康的個體中，能夠進行正常功能的星狀細胞為成熟不活化型，具有支持神經細胞、調節腦脊髓等功能 ; 但是當中樞神經系統受到傷害、感染或罹患疾病時，星狀細胞便會成為功能或形態上都不同的過度活化型，具有傷害神經細胞影響整個中樞神經系統的能力。因此，若欲了解星狀細胞在中樞神經系統中的角色，所建立的體外培養系統必須要能觀察並分析這兩種不同分化的星狀細胞。

體外培養人類星狀細胞的技術，目前仍尚未成熟。早期細胞來源主要取自胎兒或是成人的神經前驅細胞進行分化培養，然而來源少，且易混雜其他種類的細胞，造成研究上的困難。近年來，隨著胚胎幹細胞及誘導性多功能幹細胞( induced pluripotent stem cells; iPSC)的發展，許多學者嘗試將多功能幹細胞分化為成熟星狀細胞，這些方法不是分化時間過長就是星狀細胞無法成熟。因此本篇研究的目的即在於建立並探討如何從人類多功能幹細胞分化成「成熟不活化型」或是「過度活化型」的脊髓星狀細胞 ，以供未來研究之用。

該研究團隊一開始在小鼠胚胎幹細胞的實驗中發現，如果參照前人的技術，所分化的星狀細胞皆為未成熟的狀態。過去有文獻指出纖維母細胞生長因子 (FGFs) 可促使星狀細胞的分化，因此作者在培養後期加入纖維母細胞生長因子，結果發現星狀細胞果然有明顯成熟化的趨勢。之後嘗試以人類多功能幹細胞進行分化，他們先抑制轉型生長因子（TGF-β)下游的SMAD轉錄因子，加速神經前驅細胞生成，以縮短分化時間。接著在培養後期加入纖維母細胞生長因子，也可以成功的分化出成熟而非過度活化型的星狀細胞。

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粒線體分子時鐘（Mitochondrial Clock）

2014/01/17
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粒線體分子時鐘（Mitochondrial Clock）
國立臺灣大學醫學系呂明軒、臺北市立建國高中劉翠華教師

如果我們能從考古挖掘出土的猿人身上取得 DNA，並和現代人的 DNA 序列進行比較，是不是能推測猿人的生存年代呢？分子時鐘就是假設 DNA 序列突變的速度大致不變，則演化時間越長，突變累積越多；換言之，從兩 DNA 序列的差異往回推算，即可估計那段演化所經過的時間。

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