網站更新隱私權聲明
本網站使用 cookie 及其他相關技術分析以確保使用者獲得最佳體驗,通過我們的網站,您確認並同意本網站的隱私權政策更新,了解最新隱私權政策

0

0
0

文字

分享

0
0
0

《工作細胞》:血管裡的微科學故事

miss9_96
・2016/07/13 ・2581字 ・閱讀時間約 5 分鐘 ・SR值 549 ・八年級

《工作細胞》是部難得的微科學漫畫,敘述帥氣的白血球先生,與呆萌紅血球小姐的冒險故事。儘管裡頭充滿了努力、友情、正義必勝的故事,白血球們總是能夠一次又一次殺爆入侵的微生物(其實我比較想看微生物贏 XD)。但,真實的世界又是如何呢?

工作細胞第一集封面。source:東立出版社
工作細胞第一集封面,左為白血球先生,右邊是紅血球小姐。source:東立出版社

紅血球其實像顆貝果麵包,至於白血球咩,比較像是顆煎壞的荷包蛋……

《工作細胞》裡的角色多是可愛的紅血球小姐、帥氣的白血球先生,和萌萌的血小板蘿莉。但在真實的世界裡,它們的長相可就不是如此了,紅血球通常直徑為6~8 μm,長的很像一顆扎實的貝果麵包;而白血球稍大,直徑為9~12 μm,長的很像……一顆沒煎好的荷包蛋(我實在想不到其他的形容詞啊啊啊!)。

1
A:紅血球;B:嗜酸性白血球,主要對抗寄生蟲;C~ E:嗜中性白血球,主要對抗細菌、病毒 [2],佔所有白血球的比例最高;F:血小板。From: 張昱維
2
異常型態紅血球。A:鐮刀型細胞(Sickle cell);B:畸形細胞(Poikilocytosis);C:靶狀細胞(Target cell)。From: 張昱維

對細菌、病毒和寄生蟲而言,人體是個溫暖又不乏食物的地方,所以倘若有機會,這些求生存的浪浪微生物就會進入我們溫暖的肉體裡,與免疫細胞們共同上演一場又一場的生存之戰。大型的入侵者,如阿米巴原蟲,會吞食紅血球作為食物;小的如瘧原蟲會鑽入紅血球體內,不但能直接吸取營養,更可躲避白血球的攻擊 [1];而更高招的是那群反轉錄病毒(如:肝炎病毒Hepatitis Virus,和引起愛滋病的人體免疫缺陷病毒Human Immunodeficiency Virus/HIV),把自己的遺傳密碼直接寫入宿主細胞的DNA裡,不僅無需擔心白血球的攻擊,更潛藏於身體裡的細胞,幾乎無法根除,成了人體的一部份 [註1]!

3
上圖:吞食紅血球的阿米巴原蟲(你也吃太多顆了吧……);下圖:寄生於紅血球體內的瘧原蟲,正處於指環體(Ring form)。from: wikimedia & wikimedia

對細菌來說,白血球才是可怕的惡魔!

在這裡我要先替細菌說說話,其實以一隻小細菌的觀點來說,白血球超可怕的啦!彷彿就是《進擊的巨人》裡的食人巨獸般 [註2],利用靈敏的受器「聞」到發炎物質後,會成群結隊的奔襲而來(化學趨向性/Chemotaxis)。

進擊的巨人第12集封面。source:東立出版社
進擊的巨人第12集封面。source:東立出版社

更可怕的是,一旦發現無助的細菌們,白血球會伸出巨大的偽足(pseudopodia)加以捕捉、吞噬。可憐的細菌被巨大的白血球吞食之後,還會被白血球體內的過氧化物、酵素等分解成碎片,一命嗚呼~而且被撕成碎片的屍體還會被巨噬細胞剪成胜肽(peptide)片段,送給免疫系統的老大-T細胞(T-helping cell)進一步刺激免疫反應,以召喚更多的白血球來襲擊細菌村莊 [3]!想想,以細菌的角度來看,白血球完全不是帥氣的型男衛兵,根本就是《沉默的羔羊》裡的變態食人魔吧 [註3]!

4
上圖:化學趨向性/Chemotaxis。細胞表面的受器感受到特定物質的濃度梯度後,會朝向該處前進,或反向該處離開;下圖:伸出兩隻偽足的巨噬細胞。from: wikimedia & wikimedia
圖片1
上圖:正在吞噬炭疽桿菌的白血球,比例尺為5 μm;下圖:被白血球吞噬後的細菌、病毒或細胞,會和富含過氧化物、酵素的胞器融合為一,最終分解成碎片。from: wikimedia

漫畫太善良了!真實的世界充滿陰謀詭計!

在《工作細胞》的前幾話中,出現的敵人都是少量的細菌,白血球們經過一番苦戰之後,總是會獲得最後的勝利。就算是腫瘤細胞也是僅用兩話的時間就清除得乾乾淨淨!但免疫系統遠比科學家們想像的還要複雜、神奇許多,真實的細胞世界裡充滿了計謀、背叛和策反之計!

比方說在人類歷史上佔有一席之地的結核桿菌(就是那隻能讓人得到肺結核、咳到吐血的原兇),是少數能夠潛藏在巨噬細胞的細菌,最近更被發現會利用巨噬細胞的訊息傳遞來提高自己的致病力 [4]!而近年來科學家更發現,腫瘤組織會吸引巨噬細胞聚集,讓它們釋放生長因子,進一步地刺激腫瘤細胞生長、茁壯 [5]!如此神奇、工於心計的免疫世界,未來是否也會在《工作細胞》裡出現呢?這是多麼的令人期待啊!(台灣的教育部快把《工作細胞》列為必讀書刊吧!)

  • 註1:有一種理論是,遠古的反轉錄病毒將它們的基因寫入人體細胞後,經過很久很久的時間後,兩方達成了和平共存的狀態,也就逐漸變成了我們基因的一部份。
  • 註2:《進擊的巨人》是近期風靡日本、台灣的漫畫,設定是類似於中世紀文明的世界裡,出現了喜食人類的巨人,引起了人類社會中難以想像的恐慌。
  • 註3:《沉默的羔羊》為1991年上映的驚悚電影,男主角為冷酷的食人魔罪犯-漢尼拔醫師,其冷靜、工於心計又殘忍血腥的形象讓人不寒而慄。儘管只有21分鐘的戲份,其精湛的演技讓演員安東尼·霍普金斯成為奧斯卡獎史上,演出時間最短的男主角的獲獎演員。

本文感謝衛生福利部台東醫院檢驗科張昱維(Yu-Wei Chang)協助。

參考文獻

  1. 瘧疾(Malaria)。中華民國衛生福利部疾病管制署
  2. Galani IE, Andreakos E. Neutrophils in viral infections: Current concepts and caveats. Journal of Leukocyte Biology, 2015, 98, 557-564
  3. 林建中、陳光偉、陳證文、王世輝。免疫樹突狀細胞之簡介。中華民國醫師公會全國聯合會
  4. 結核桿菌的一個新發現的致病機制Nature期刊
  5. Elaine Y. Lin, Jiu-Feng Li, Leoid Gnatovskiy, Yan Deng, Liyin Zhu, Dustin A. Grzesik, Hong Qian, Xiao-nan Xue, Jeffrey W. Pollard. Macrophages Regulate the Angiogenic Switch in a Mouse Model of Breast Cancer. Cancer Research. 2006. DOI: 10.1158/0008-5472.CAN-06-1278

___________
你是國中生或家有國中生或正在教國中生?
科學生跟著課程進度每週更新科學文章並搭配測驗。來科學生陪你一起唸科學!

文章難易度
miss9_96
157 篇文章 ・ 400 位粉絲
蔣維倫。很喜歡貓貓。曾意外地收集到台、清、交三間學校的畢業證書。泛科學作家、科學月刊作家、故事作家、udn鳴人堂作家、前國衛院衛生福利政策研究學者。 商業邀稿:miss9ch@gmail.com 文章作品:http://pansci.asia/archives/author/miss9


0

11
5

文字

分享

0
11
5

揭開人體的基因密碼!——「基因定序」是實現精準醫療的關鍵工具

科技魅癮_96
・2021/11/16 ・1998字 ・閱讀時間約 4 分鐘

為什麼有些人吃不胖,有些人沒抽菸卻得肺癌,有些人只是吃個感冒藥就全身皮膚紅腫發癢?這一切都跟我們的基因有關!無論是想探究生命的起源、物種間的差異,乃至於罹患疾病、用藥的風險,都必須從了解基因密碼著手,而揭開基因密碼的關鍵工具就是「基因定序」技術。

揭開基因密碼的關鍵工具就是「基因定序」技術。圖/科技魅癮提供

基因定序對人類生命健康的意義

在歷史上,DNA 解碼從 1953 年的華生(James Watson)與克里克(Francis Crick)兩位科學家確立 DNA 的雙螺旋結構,闡述 DNA 是以 4 個鹼基(A、T、C、G)的配對方式來傳遞遺傳訊息,並逐步發展出許多新的研究工具;1990 年,美國政府推動人類基因體計畫,接著英國、日本、法國、德國、中國、印度等陸續加入,到了 2003 年,人體基因體密碼全數解碼完成,不僅是人類探索生命的重大里程碑,也成為推動醫學、生命科學領域大躍進的關鍵。原本這項計畫預計在 2005 年才能完成,卻因為基因定序技術的突飛猛進,使得科學家得以提前完成這項壯舉。

提到基因定序技術的發展,早期科學家只能測量 DNA 跟 RNA 的結構單位,但無法排序;直到 1977 年,科學家桑格(Frederick Sanger)發明了第一代的基因定序技術,以生物化學的方式,讓 DNA 形成不同長度的片段,以判讀測量物的基因序列,成為日後定序技術的基礎。為了因應更快速、資料量更大的基因定序需求,出現了次世代定序技術(NGS),將 DNA 打成碎片,並擴增碎片到可偵測的濃度,再透過電腦大量讀取資料並拼裝序列。不僅更快速,且成本更低,讓科學家得以在短時間內讀取數百萬個鹼基對,解碼許多物種的基因序列、追蹤病毒的變化行蹤,也能用於疾病的檢測、預防及個人化醫療等等。

在疾病檢測方面,儘管目前 NGS 並不能找出全部遺傳性疾病的原因,但對於改善個體健康仍有積極的意義,例如:若透過基因檢測,得知將來罹患糖尿病機率比別人高,就可以透過健康諮詢,改變飲食習慣、生活型態等,降低發病機率。又如癌症基因檢測,可分為遺傳性的癌症檢測及癌症組織檢測:前者可偵測是否有單一基因的變異,導致罹癌風險增加;後者則針對是否有藥物易感性的基因變異,做為臨床用藥的參考,也是目前精準醫療的重要應用項目之一。再者,基因檢測後續的生物資訊分析,包含基因序列的註解、變異位點的篩選及人工智慧評估變異點與疾病之間的關聯性等,對臨床醫療工作都有極大的助益。

基因定序有助於精準醫療的實現。圖/科技魅癮提供

建立屬於臺灣華人的基因庫

每個人的基因背景都不同,而不同族群之間更存在著基因差異,使得歐美國家基因庫的資料,幾乎不能直接應用於亞洲人身上,這也是我國自 2012 年發起「臺灣人體生物資料庫」(Taiwan biobank),希望建立臺灣人乃至亞洲人的基因資料庫的主因。而 2018 年起,中央研究院與全臺各大醫院共同發起的「臺灣精準醫療計畫」(TPMI),希望建立臺灣華人專屬的基因數據庫,促進臺灣民眾常見疾病的研究,並開發專屬華人的基因型鑑定晶片,促進我國精準醫療及生醫產業的發展。

目前招募了 20 萬名臺灣人,這些民眾在入組時沒有被診斷為癌症患者,超過 99% 是來自中國不同省分的漢族移民人口,其中少數是臺灣原住民。這是東亞血統個體最大且可公開獲得的遺傳數據庫,其中,漢族的全部遺傳變異中,有 21.2% 的人攜帶遺傳疾病的隱性基因;3.1% 的人有癌症易感基因,比一般人罹癌風險更高;87.3% 的人有藥物過敏的基因標誌。這些訊息對臨床診斷與治療都相當具實用性,例如:若患者具有某些藥物不良反應的特殊基因型,醫生在開藥時就能使用替代藥物,避免病人服藥後產生嚴重的不良反應。

基因時代大挑戰:個資保護與遺傳諮詢

雖然高科技與大數據分析的應用在生醫領域相當熱門,但有醫師對於研究結果能否運用在臨床上,存在著道德倫理的考量,例如:研究用途的資料是否能放在病歷中?個人資料是否受到法規保護?而且技術上各醫院之間的資料如何串流?這些都需要資通訊科技(ICT)產業的協助,而醫師本身相關知識的訓練也需與時俱進。對醫院端而言,建議患者做基因檢測是因為出現症狀,希望找到原因,但是如何解釋以及病歷上如何註解,則是另一項重要議題。

從人性觀點來看,在技術更迭演進的同時,對於受測者及其家人的心理支持及社會資源是否相應產生?回到了解病因的初衷,在知道自己體內可能有遺傳疾病的基因變異時,家庭成員之間的情感衝擊如何解決、是否有對應的治療方式等,都是值得深思的議題,也是目前遺傳諮詢門診中會詳細解說的部分。科技的初衷是為了讓人類的生活變得更好,因此,基因檢測如何搭配專業的遺傳諮詢系統,以及法規如何在科學發展與個資保護之間取得平衡,將是下一個基因時代的挑戰。

更多內容,請見「科技魅癮」:https://charmingscitech.pse.is/3q66cw

文章難易度
科技魅癮_96
1 篇文章 ・ 2 位粉絲
《科技魅癮》的前身為1973年初登場的《科學發展》月刊,每期都精選1個國際關注的科技議題,邀請1位國內資深學者擔任客座編輯,並訪談多位來自相關領域的科研菁英,探討該領域在臺灣及全球的研發現況及未來發展,盼可藉此增進國內研發能量。 擋不住的魅力,戒不了的讀癮,盡在《科技魅癮》