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未來的生物科技發展方向—合成生物學

文 / 李根濤、李金燁 (2015年 長庚大學 國際基因工程機械競賽團隊。)

隨著DNA被發現、分子生物學的掘起後,人類開始懂得如何透過改造生物的基因讓社會變成更為美好,但目前要理解生物的原理和應用方法也是有一定的困難,所以科學家就思考如何把生物的技術變成SOP (standard operationg procedure),由此產生了一個新的科學領域——「合成生物學」(synthetic biology)。

什麼是「合成生物學」?

我們看到深海中的水母發出柔和的螢光,那是它產生的螢光蛋白質在發揮作用;玫瑰花散發花香,那是它產生芳香類有機化合物……生物因其DNA序列不同、DNA表現程度不同,形成大自然多樣多姿的美態。

在這些具有特定功能與表現的DNA片段的研究和發現過程中,科學家們開始試圖用另一種角度看待它,將DNA視為由大大小小的「零件」組成,各司其職執行著特殊的「任務」,也能像小時候我們玩的積木一樣,想要做什麼就可以做什麼,也是因為這個概念而發展出「生物積木」(biobrick),讓大家不再覺得生物的改造是件難事。

source:bioon

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合成生物學是一個跨領域的科目,它結合了數學、化學、電腦軟體、工程、生物等技術範疇,因此人才需求不斷提升。目前發展的情況其實和過去的電腦科技頗為相似:在今天,電腦科技影響著每一個人,而在未來合成生物學也勢必會領導著不同領域的發展,包括醫學、製藥、化工、能源、材料、農業等。

source:igem

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國際基因工程機械競賽(iGEM)

國際基因工程機械競賽(International Genetically Engineered Machine Competition, iGEM),期望通過競賽的形式,回答合成生物學中的核心問題 —— 能否在活細胞中使用可互換的標準化「生物積木」(biobrick)構建簡單的生物系統,並且加以操縱。

所謂「積木」,就是上述提到的含有特定DNA的「生物元件」,可以被自由「剪輯」(digestion)、「修飾」(modification)、「拼接」(ligation),構建新的系統。

每支參賽隊伍都會由大會提供和使用標準化後的「生物積木」,利用標準化的基因工程方法,組裝成不同功能的人工生物系統,並進行操縱和測量。比賽裡會要求學生們自己選擇題目,利用課餘時間合作完成相應的實驗、電腦模擬計算,和工程應用等工作,充分鍛煉了學生的獨立工​​作能力和團隊協作能力,同時也培養了學生對於科學的熱情。

參賽學生可將研究所取得的有用成果提交給iGEM的競賽委員會,供全球的科學家共享參賽隊伍的研究成果。此外這項競賽也為不同國家、不同專業的大學生提供了一個相互交流的國際舞台。

iGEM

關於我們——長庚大學學生研究團隊

2015年的冬天,一群不同專業背景的學生走在一起(包括生醫系、生技系、化材系、電子系、資管系),共17名同學。透過在課堂上和專題研究所學到的知識應用到我們的社會。而我們主要研究的主題是口腔癌的檢測。

在台灣致死率排名前五的癌症有肺癌、乳癌等,但是大眾對於口腔癌相對而言比較陌生。因此今年長庚大學的研究團隊希望透過設計口腔癌的篩檢方法,而且讓大眾了解口腔癌防治的重要性。目前團隊已鎖定了口腔癌患者口水裡的一種蛋白質—IL-8 (Interleukin 8),透過這蛋白質能告訴我們到底有沒有患癌,也稱為「生物標記」(biomarker)。透過使用酵母菌(Yeast)和大腸桿菌(E.coli)為工程菌,把「生物積木」送進細菌裡。當細菌們遇到IL-8蛋白的時候,會激發細菌產生綠螢光蛋白(GFP),再利用光學儀器測量綠螢光蛋白的亮度,從而初步判斷是否患有口腔癌。

今年的9月中,我們研究團隊會把成果帶到美國波士頓參加國際基因工程機械競賽(iGEM),希望把這個成果與其他國家的人分享以及交流意見。

iGEM1

參考來源:

  • 合成生物學
  • Cultivation of Synthetic Biology with the iGEM Competition
  • [JOURNAL OF ADVANCED COMPUTATIONAL INTELLIGENCE, v. 17, (2), 2013, p. 161-166}]

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關於作者

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