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當科技發展跑在世界前面,科學家該做什麼?基因編輯技術 CRISPR 共同發明人——珍妮佛.道納專訪

旻諭_96
・2018/12/22 ・2581字 ・閱讀時間約 5 分鐘 ・SR值 571 ・九年級

上個月底,來自中國南方科技大學副教授賀建奎,因宣稱利用 CRISPR/Cas9 基因編輯技術,使得一對雙胞胎寶寶天生免疫愛滋病,掀起巨大倫理與醫學爭議。

什麼是 CRISPR/Cas9 ?

CRISPR/Cas9 基因編輯技術就像是一把多功能的分子剪刀,可以用來修正基因組成,治療遺傳性疾病。如果把生物體的基因想像成一本書,CRISPR/Cas9 技術出現讓編輯基因就像是編輯文章中某個段落的幾個字一樣容易。(延伸閱讀:編輯基因的超級瑞士刀:CRISPR 技術──《基因編輯大革命》操控基因的工具就在手邊:CRISPR基因編輯工具將帶來怎樣的未來?──《基因編輯大革命》

CRISPR/Cas9 基因編輯技術就像是一把多功能的分子剪刀,可以用來修正基因組成,治療遺傳性疾病。
圖/flickr

由於 CRISPR/Cas9 技術門檻比過往的基因編輯技術低了許多,在 2012 年美國生物化學家珍妮佛.道納 (Jennifer A. Doudna) 和法國微生物學家伊曼紐夏彭提耶 (Emmanuelle Charpentier) 共同合作的研究論文發表之後,學術圈捲起一股 CRISPR 研究風潮,相關研究論文在數年內快速飆升。2013 年初這項技術就已經能夠被用在超過十種以上的基因,也促成這次中國基因編輯寶寶誕生爭議。

當 CRISPR/Cas9 技術發展速度快到政府來不及制定相關法規來因應,或甚至根本來不及知道有它存在,此時科學界該如何應對?

泛科學在今年十月初非常榮幸能採訪到 CRISPR/Cas9 基因編輯技術的共同發明人:珍妮佛.道納 (Jennifer A. Doudna),和我們面對面一起討論,在 CRISPR/Cas9 技術發展如此快速之時,身為科學家是如何突破同溫層,引領不同背景的專家一同討論基因編輯的未來?是什麼原因促使道納持續向大眾解釋自己的研究?為因應科技發展迅速的時代,她又給台灣的科學界什麼建議呢?

如何突破同溫層:從公眾演講開始練功

轉譯專有名詞,對科學家是個大挑戰

科學家平常接觸的對象都是相同領域的教授、研究生,也已經習慣以專業術語介紹自己的研究成果。當科學家開始和不同領域的人對話,往往會需要花很多時間思考如何轉化專有名詞,道納說:「我猜想很多科學家想專注在自己的研究上,不太想解釋自己到底在研究甚麼,也不太接觸跟自身研究相關的倫理與社會問題。」

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道納坦言自己原先也抱持相同想法,但她發現她有責任必須站出來向大眾解釋自己的研究。

那該如何跨出這一步呢?

換位思考,想像自己是圈外人

道納從 2015 年開始,一邊在柏克萊持續運作自己的實驗室,一邊到世界各地舉行公共演講、寫科普書。她說:「我會去想像,如果我完全不知道這些專業術語,我該怎麼去理解這項新技術?」從這個過程中,道納透過不停地修改解釋方式,及不斷思考有哪些新的比喻可以用,漸漸抓到解釋研究成果的訣竅。「慢慢的我也開始瞭解大眾對什麼感興趣,也越來越擅長跟非生物學家討論我的研究,對我而言這變成一個很有趣的挑戰!」

道納透過不停地修改解釋方式,及不斷思考有哪些新的比喻可以用,於是她漸漸抓到解釋研究成果的訣竅,也開始瞭解大眾對什麼感興趣及越來越擅長跟非生物學家討論她的研究。
圖/pixabay

患者家屬的回饋與感謝,是支持道納做研究的強大力量

對科學家而言,和不同領域的學者說明自己的研究內容無非是個大挑戰,對道納而言也是。既然如此,是什麼原因讓她堅持繼續完成這項艱鉅任務?

道納分享她多年前在瑞士一場討論「未來的人性」的論壇中遇到一位歷史學家,在論壇中分享「我們如何從過去的歷史來了解未來的人性」。會後這位歷史學家把道納拉到一旁,滿懷感激的跟她說:「你做的事情真的很重要,我的姊妹患有遺傳性的自發性突變,造成嚴重的神經失調,她經歷非常非常多的痛苦,連帶著家人也都受影響。」她越說越哽咽。她繼續說:「如果未來真的有可能可以利用基因編輯技術來修正基因,勢必非常多人能因此受惠。」

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道納開始她的 CRISPR 研究之後,曾收到世界各地許多來信,說著不同家庭曾因為遺傳性疾病遭受許多痛苦,而這次是道納第一次親自從患者家屬聽到這樣的回饋跟感謝。如此真實的案例就發生在眼前,讓道納既震撼,也大受感動。

道納開始她的 CRISPR 研究之後,在瑞士一場論壇中遇到一位歷史學者是遺傳性自發性突變的患者家屬,這位歷史學者對她的研究表達的回饋跟感謝,讓她既震撼也大受感動。
攝/ TW

當她回到實驗室裡繼續她的研究生活,時不時就會想起這些病患家屬對她的感謝,這些回饋讓她更確信 CRISPR 的研究到底有多重要。「病人在等,沒有時間可以浪費,我們必須趕緊加快研究腳步,讓 CRISPR 技術越趨精準、有效跟安全。」

給科學界的建議:鼓勵投身生科基礎研究、培養知識轉譯能力

走出同溫層泡泡:從學生時期開始練習

從道納分享自己和大眾溝通的經驗,我們知道科學家向各領域的人解釋科學研究,不僅是為了善盡社會責任;同時科學家在溝通的過程中也能獲得更強大的研究能量。道納非常鼓勵台灣的科學家走出實驗室與大眾對話,她特別提到:

「如果科學家想練習向其他專業領域的人介紹自己的研究,或許從學生時期就可以開始練習,比如透過社群媒體試著向身邊的同學、親友解釋自己的研究。」

若能從學生時期就培養這個習慣,知識轉譯的能力可以持續整個學術生涯,也可以形塑校園中討論科學的風氣和文化!

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道納非常鼓勵台灣的科學家走出實驗室與大眾對話。
攝/ TW

讀生科,一生科科?現在正是投身生科基礎研究好時機

除了鼓勵科學家和準科學家培養知識轉譯的能力,道納也鼓勵尚未確定未來方向的學生投入生科領域。她提到:「現在的生命科學領域的前景很看好,有越來越多優秀的新技術被研發出來,是投入生命科學領域的好時機。」

另外道納也聊到,CRISPR/Cas9 基因體編輯技術能夠如此快速地被應用,是因為基礎研究很紮實。這說明了基礎研究需要更多人的支持,紮實的打底之後才會有更多機會轉向應用端,形成更完備的新技術。

因此道納想對生科領域的莘莘學子說:「如果你正在思考未來的研究方向,不一定要選擇可以明顯看見應用層面的研究主題,基礎研究也是非常值得投入心力的領域。」

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旻諭_96
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大學主修生科,研所跳槽科學教育,目前正努力想要聰明又科學的活著。

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快!還要更快!讓國家級地震警報更好用的「都會區強震預警精進計畫」
鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
・2024/01/21 ・2584字 ・閱讀時間約 5 分鐘

本文由 交通部中央氣象署 委託,泛科學企劃執行。

  • 文/陳儀珈

從地震儀感應到地震的震動,到我們的手機響起國家級警報,大約需要多少時間?

臺灣從 1991 年開始大量增建地震測站;1999 年臺灣爆發了 921 大地震,當時的地震速報系統約在震後 102 秒完成地震定位;2014 年正式對公眾推播強震即時警報;到了 2020 年 4 月,隨著技術不斷革新,當時交通部中央氣象局地震測報中心(以下簡稱為地震中心)僅需 10 秒,就可以發出地震預警訊息!

然而,地震中心並未因此而自滿,而是持續擴建地震觀測網,開發新技術。近年來,地震中心執行前瞻基礎建設 2.0「都會區強震預警精進計畫」,預計讓臺灣的地震預警系統邁入下一個新紀元!

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連上網路吧!用建設與技術,換取獲得地震資料的時間

「都會區強震預警精進計畫」起源於「民生公共物聯網數據應用及產業開展計畫」,該計畫致力於跨部會、跨單位合作,由 11 個執行單位共同策畫,致力於優化我國環境與防災治理,並建置資料開放平台。

看到這裡,或許你還沒反應過來地震預警系統跟物聯網(Internet of Things,IoT)有什麼關係,嘿嘿,那可大有關係啦!

當我們將各種實體物品透過網路連結起來,建立彼此與裝置的通訊後,成為了所謂的物聯網。在我國的地震預警系統中,即是透過將地震儀的資料即時傳輸到聯網系統,並進行運算,實現了對地震活動的即時監測和預警。

地震中心在臺灣架設了 700 多個強震監測站,但能夠和地震中心即時連線的,只有其中 500 個,藉由這項計畫,地震中心將致力增加可連線的強震監測站數量,並優化原有強震監測站的聯網品質。

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在地震中心的評估中,可以連線的強震監測站大約可在 113 年時,從原有的 500 個增加至 600 個,並且更新現有監測站的軟體與硬體設備,藉此提升地震預警系統的效能。

由此可知,倘若地震儀沒有了聯網的功能,我們也形同完全失去了地震預警系統的一切。

把地震儀放到井下後,有什麼好處?

除了加強地震儀的聯網功能外,把地震儀「放到地下」,也是提升地震預警系統效能的關鍵做法。

為什麼要把地震儀放到地底下?用日常生活來比喻的話,就像是買屋子時,要選擇鬧中取靜的社區,才不會讓吵雜的環境影響自己在房間聆聽優美的音樂;看星星時,要選擇光害比較不嚴重的山區,才能看清楚一閃又一閃的美麗星空。

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地表有太多、太多的環境雜訊了,因此當地震儀被安裝在地表時,想要從混亂的「噪音」之中找出關鍵的地震波,就像是在搖滾演唱會裡聽電話一樣困難,無論是電腦或研究人員,都需要花費比較多的時間,才能判讀來自地震的波形。

這些環境雜訊都是從哪裡來的?基本上,只要是你想得到的人為震動,對地震儀來說,都有可能是「噪音」!

當地震儀靠近工地或馬路時,一輛輛大卡車框啷、框啷地經過測站,是噪音;大稻埕夏日節放起絢麗的煙火,隨著煙花在天空上一個一個的炸開,也是噪音;台北捷運行經軌道的摩擦與震動,那也是噪音;有好奇的路人經過測站,推了推踢了下測站時,那也是不可忽視的噪音。

因此,井下地震儀(Borehole seismometer)的主要目的,就是盡量讓地震儀「遠離塵囂」,記錄到更清楚、雜訊更少的地震波!​無論是微震、強震,還是來自遠方的地震,井下地震儀都能提供遠比地表地震儀更高品質的訊號。

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地震中心於 2008 年展開建置井下地震儀觀測站的行動,根據不同測站底下的地質條件,​將井下地震儀放置在深達 30~500 公尺的乾井深處。​除了地震儀外,站房內也會備有資料收錄器、網路傳輸設備、不斷電設備與電池,讓測站可以儲存、傳送資料。

既然井下地震儀這麼強大,為什麼無法大規模建造測站呢?簡單來說,這一切可以歸咎於技術和成本問題。

安裝井下地震儀需要鑽井,然而鑽井的深度、難度均會提高時間、技術與金錢成本,因此,即使井下地震儀的訊號再好,若非有國家建設計畫的支援,也難以大量建置。

人口聚集,震災好嚴重?建立「客製化」的地震預警系統!

臺灣人口主要聚集於西半部,然而此區的震源深度較淺,再加上密集的人口與建築,容易造成相當重大的災害。

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許多都會區的建築老舊且密集,當屋齡超過 50 歲時,它很有可能是在沒有耐震規範的背景下建造而成的的,若是超過 25 年左右的房屋,也有可能不符合最新的耐震規範,並未具備現今標準下足夠的耐震能力。 

延伸閱讀:

在地震界有句名言「地震不會殺人,但建築物會」,因此,若建築物的結構不符合地震規範,地震發生時,在同一面積下越密集的老屋,有可能造成越多的傷亡。

因此,對於發生在都會區的直下型地震,預警時間的要求更高,需求也更迫切。

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地震中心著手於人口密集之都會區開發「客製化」的強震預警系統,目標針對都會區直下型淺層地震,可以在「震後 7 秒內」發布地震警報,將地震預警盲區縮小為 25 公里。

111 年起,地震中心已先後完成大臺北地區、桃園市客製化作業模組,並開始上線測試,當前正致力於臺南市的模組,未來的目標為高雄市與臺中市。

永不停歇的防災宣導行動、地震預警技術研發

地震預警系統僅能在地震來臨時警示民眾避難,無法主動保護民眾的生命安全,若人民沒有搭配正確的防震防災觀念,即使地震警報再快,也無法達到有效的防災效果。

因此除了不斷革新地震預警系統的技術,地震中心也積極投入於地震的宣導活動和教育管道,經營 Facebook 粉絲專頁「報地震 – 中央氣象署」、跨部會舉辦《地震島大冒險》特展、《震守家園 — 民生公共物聯網主題展》,讓民眾了解正確的避難行為與應變作為,充分發揮地震警報的效果。

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此外,雖然地震中心預計於 114 年將都會區的預警費時縮減為 7 秒,研發新技術的腳步不會停止;未來,他們將應用 AI 技術,持續強化地震預警系統的效能,降低地震對臺灣人民的威脅程度,保障你我生命財產安全。

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量子科技即將走入生活?最有趣的科學知識傳播 QuBear 量子熊,來了!
鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
・2023/07/10 ・676字 ・閱讀時間約 1 分鐘

不知從什麼時候,「量子」取代了磁場、奈米,成了時興的名詞。特別是把量子與資訊兜在一起,無論是在科學或是科技上,都深具潛力。或許有一天,我們將打開以量子位元建構的量子電腦,透過量子演算法進行各種計算,並把資訊用量子傳輸的方式傳遞出去。

這樣的日子可能真的不遠了。

為了因應量子科技時代的來臨,行政院在 2022 年 3 月宣布成立「量子國家隊」,由 17 個產學研團隊組成,包含了通用量子電腦硬體技術、光量子技術、量子軟體技術與應用開發這三大領域。

「量子熊 QuBear」身為量子國家隊的推廣擔當,針對年輕世代學子,激發量子科學與科技的興趣與瞭解,將全力推動 Quantum PAY,以三大多元管道「Podcast、 Article、YouTube」進行知識傳播,內容類型含括播客、文章跟影音短片。量子熊 QuBear 除了打造線上平台,更製作多個 quantum PAY 學習模組,努力朝著建立量子熊的微學習平台,以及建構長遠的科學知識傳播生態圈的目標前進。

最後,你或許會好奇,量子熊的名字是怎麼來的?

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量子電腦的核心技術是量子位元 (qubit)。英文發音快一點,就跟 QuBear 有點相似,於是就裝個可愛,叫做量子熊啦!

記得看到量子熊時,幫忙按讚、訂閱,還有~開啟小鈴鐺~https://www.youtube.com/channel/UCkWM3vYaCd_VoPHQ1hrUdzA

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用迷幻藥治憂鬱?基因編輯療法將通過批准?——2023 最值得關注十大科學事件(上)
PanSci_96
・2023/01/30 ・2348字 ・閱讀時間約 4 分鐘

在 2022 年裡,我們見證了低軌通訊衛星在戰爭中的作用、Omicron 肆虐與次世代疫苗、韋伯太空望遠鏡捕捉系外生命印記、銀河中心黑洞初次現身、人類精準回擊小行星、台灣 CAR-T 首例、特斯拉的平價人形機器人、與超強的 LaMDA 跟 ChatGPT AI 語言模型!

2023 年能更刺激嗎?有哪些值得我們關注的科學大事呢?

我們綜合整理了 Nature、Science、Scientific American、NewScientist、富比世雜誌、經濟學人雜誌,結合泛科學的觀察與期待程度,提出這份「2023 最值得關注十大科學事件」;今年的科學界將會熱鬧非凡,令人目不暇給!

No.10 病原體通緝名單

2022 年 11 月,法國科學家在 bioRxiv 上發表了從西伯利亞永凍土中復活的多種病毒;這些「殭屍病毒」中最古老的已經有 48500 歲,在溫度升高後,這些病毒都復甦了過來……。雖然這批古老病毒只能感染變形蟲,但也暗示著,冰層之下存在更多正在休眠、極可能對哺乳動物或人類造成危險的病毒。

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隨著氣溫與海溫升高,這些不定時病毒炸彈正在醞釀著。

世界衛生組織將在今年發布修訂後的「重點病原體清單」,至少 300 位科學家嚴謹審查超過 25 個病毒與細菌家族的各種證據,針對目前還未知、但可能造成全球疫情的未知疾病 Disease X 做出預測,擬出一份優先名單。被列入名單的病原體通緝犯將會被重點研究調查,以利未來開發疫苗、治療與診斷技術。

被列入優先名單的病原體將會被重點研究調查。圖/Envato Elements

No.9 新一代 mRNA 疫苗

乘著在 COVID-19 大流行間快速成熟的 mRNA 疫苗研發平台,許多疫苗正蓄勢待發。

BNT 在 2023 年初針對瘧疾、肺結核和生殖器皰疹的 mRNA 疫苗開始了首次人體實驗;也與輝瑞合作,研發能降低帶狀皰疹發病率的疫苗。另一家 mRNA 大廠莫德納,也在研發能預防生殖器皰疹和帶狀皰疹病毒疫苗。

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除此之外,莫德納開發的黑色素瘤 mRNA 疫苗與默克的藥物合併療法,在去年底公布中期臨床試驗結果,顯示能降低 44% 的死亡率及復發風險,臨床試驗也將在 2023 年進入最後階段。

這些將在 2023 年揭曉的成果,將拓展人類使用 mRNA 疫苗對抗疾病的手段。

新一代 mRNA 疫苗正蓄勢待發。圖/Envato Elements

No.8 CRISPR 療法獲批准

由於之前的臨床試驗結果很不錯,CRISPR 基因編輯療法極有可能會在今年首次正式通過批准!

這種 exagamlogene autotemcel(exa-cel)療法,是由美國波士頓的 Vertex Pharmaceuticals 和英國劍橋的 CRISPR Therapeutics 公司共同開發。用超簡化的方式來説,治療方法就是先收集一個人自己的幹細胞,接著用 CRISPR-Cas9 編輯修正幹細胞中有缺陷的基因,最後再把這些細胞輸回人體。

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Vertex 公司預計會在 3 月向美國 FDA 申請批准,讓 exa-cel 療法可以用於治療 β-地中海貧血或鐮狀細胞病的患者。

然而,隨著療法上市,相關的討論預期也將甚囂塵上……。

CRISPR 基因編輯療法極有可能在今年正式通過批准。圖/Envato Elements

No.7 阿茲海默有藥醫

美國 FDA 將在年初宣布,Eisai 製藥公司和 Biogen 生技公司開發的 lecanemab,是否可以用來治療阿茲海默患者。

該藥物就像一台大腦專用的掃地機器人,為單克隆抗體,可以清除大腦中積累的 β 澱粉樣蛋白;在包含了 1785 名早期阿茲海默患者的臨床試驗中顯示,比起安慰劑,能減緩認知能力下降的速度約 27%。不過,有些科學家認為這效果只能說是還好,也有些擔心藥物不夠安全。

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無獨有偶,另一款由美國的 Anavex Life Sciences 開發的阿茲海默藥物 blarcamesine,目前也正在臨床試驗階段;它能啟動一種可提高神經元穩定性及相互連接能力的蛋白質,就像是幫神經元升級了連線速度與品質,估計在今年會持續帶來新消息。

blarcamesine 能幫神經元升級連線速度與品質。圖/Envato Elements

No.6 迷幻療法

2023 年,也極可能立下迷幻藥被用於醫療用途的里程碑。

多個相關臨床研究都進展到第三期,例如為 PTSD 創傷後症候群設計的新療法,結合了心理治療與 MDMA 亞甲二氧甲基苯丙胺,也就是所謂的搖頭丸,在臨床三期中,67% 的患者不再被診斷有 PTSD。

而來自迷幻蘑菇的裸蓋菇素,則被用來治療難治型憂鬱症,其臨床二期結果令人鼓舞。233 名難治型憂鬱症患者分成三組,在服用不同劑量裸蓋菇素後,每一組的憂鬱症量表分數都降低;而劑量最重的那組,其降幅最顯著。

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最後是 K 他命,竟然成為對抗酒精使用障礙的療法!酒精使用障礙包括酗酒、酒精依賴、成癮等,86% 的臨床試驗病人,在接受新療法後六個月,持續戒除酒精。

然而,也有科學家警告這些樂觀訊息中有炒作成份,就讓我們持續關注吧!

迷幻藥能有效治療病情!?圖/Envato Elements

看到這你可能會想,第六到十名怎麼都是跟醫療健康有關的大事件呢?別急!在下一篇中,我們接著介紹更精采的第五到第一名!

也歡迎大家跟我們分享,你知道的、即將在 2023 年發生的科學大事件!

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期待在 2023 年即將發生的科學大事件!圖/GIPHY

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