由蛇毒蛋白到研究 RNA 剪接

回想四十年前，鄭淑珍還是臺灣大學化學系的大四生，跟著羅銅壁院士做專題研究，以蛇毒蛋白為材料。「這跟作化學實驗很不一樣，感覺跟生命比較有連結，有很多自然奧秘等待被開發！」鄭淑珍回想喜歡上生化實驗的日子。

四十年過去，鄭淑珍仍投身於基礎研究，只是對象不再是蛇毒蛋白，而是生物體內 RNA 剪接的奧秘。電影剪接教父 Walter Murch 曾說：「最好的剪接，是像眨眼一樣自然」。而在自然界中，眨眼一瞬間、甚至比眨眼更快的瞬間，生物體內也有許多「 RNA 剪接」正在進行中。

中心定律：DNA>RNA>蛋白質

瞭解 RNA 剪接之前，我們要先對生物的中心定律 (Central Dogma)──「從 DNA 到蛋白質」這過程有個概念：

人體中應用蛋白質完成各式各樣的功能，例如代謝作用、調節肌肉收縮、免疫反應等等，而各種蛋白質的功能被「編碼」於最源頭的 DNA 基因片段。最源頭的 DNA 基因片段，可細分為兩種區段：表現子（Exon 或稱外顯子） 、介入子（Intron 或稱內含子） 。

「表現子」在 RNA 剪接時會被「留下」，而「介入子」會在 RNA 剪接時被「捨去」。保留的表現子被組成一段 mRNA 遺傳訊息，並依此 mRNA 遺傳訊息製造出對應的蛋白質，蛋白質再於生物體內發揮應有的功能。

人體中所有的表現子，也就是能夠製造蛋白質的基因編碼，其實只佔人體基因體總長度 1.5% 。為什麼這麼少的基因，卻能組合出人體中那麼多種複雜的蛋白質？又或者，為什麼有些情況下， 表現子的 DNA 序列明明無異常，卻產出奇怪的蛋白質，導致生理異常或遺傳性疾病？

奧秘在於「 RNA 剪接」是否正確運作：剪掉不要的介入子，並保留、組裝需要的表現子。

剪接奧秘在於精準「捨」與「留」

「電影剪接，主要是透過『減法』來達成的一門藝術，否決那些對最終成果無用的元素。這個形式不只是由保留了什麼來決定，被刪除了什麼也同等重要。」——《剪接師之路》作者 Justin Chang 。

這個心法不單指電影剪接，生物體內的 RNA 剪接也是。我們可試著將 RNA 剪接加工成 mRNA 的過程，想像成下圖。

RNA 基因片段，是根據 DNA 電影腳本拍攝出來的影片片段，而剪接體 （Spliceosome）就像生物體內的剪接師團隊，將需要的影片片段留下來組裝、說成有意義的故事情節，而不需要的鏡頭畫面，就如同被剪去的介入子。

若某一步驟剪錯，少了、或多了一段影片片段，電影情節就會讓人滿頭問號。情節錯誤的電影，如同最終產出的錯誤蛋白質，讓體內生理機制也滿頭問號，導致生理異常或遺傳性疾病。

以酵母菌為模式，建構 RNA 剪接路徑

要瞭解 RNA 剪接哪裡出錯，需先透徹瞭解剪接路徑。鄭淑珍團隊以酵母菌為模式系統，透過實驗拆解 RNA 剪接加工成為 mRNA 的步驟，找出是哪些「剪接師」也就是蛋白因子、蛋白複合體參與其中。

酵母菌這種單細胞生物，有辦法幫助瞭解人體嗎？鄭淑珍說明，RNA 剪接是真核生物體內一個基本的生化反應，在各種生物中機制大致相似。雖然人體比酵母菌複雜很多，但人體的基因數量其實只有酵母菌的四倍。

高等生物體內，一段基因編碼做出不只一種蛋白質，就是利用「剪接」排列組合來達成。

多年來的努力，結合其他研究團隊提供的資訊，對剪接路徑的認知整合於下圖呈現。簡單來說，RNA 剪接過程可分為四個階段：組裝、活化、催化、拆解。過程中，由五個小核核醣核酸及多種蛋白因子組成剪接師團隊，擔綱剪接任務。

在 RNA 剪接過程中，有些蛋白因子負責將要被組裝的表現子拉近一點，有些蛋白複合體（例如 NTC）負責活化結構、催化剪接反應。有些蛋白複合體（例如 NTR）負責拆解結構，讓蛋白因子可以重新參與下一次剪接輪迴。

其中的 NTC、NTR 蛋白複合體，和 Cwc22、Cwc24、Cwc25、Yju2 等蛋白因子，一開始沒人知道它們的存在與功能，直到鄭淑珍團隊透過生化實驗，一一拆解 RNA 剪接步驟，才發現這些參與反應的「剪接師團隊」。

自然情況下，生物體內的剪接過程有可能會出錯，例如，當剪接蛋白因子都被套牢在 RNA 基因片段上，導致新的 RNA 沒有人手來剪接，就會對細胞產生不良影響。可以想像成，當剪接師團隊全都卡在同一個電影專案、白費功夫，就拖累了後續新電影的剪接進度。

冷凍電子顯微鏡：親眼瞧瞧 RNA 剪接團隊

反覆的生化實驗操作，仔細偵測實驗產物的變化，並運用想像力推論變化的原因。雖然耗時費力，鄭淑珍認為：「實驗程序必須很扎實，才能獲得確實的結果 。很多時候實驗會碰到瓶頸，無法破解。但當想了很久終於想通了，是做研究最開心的時候！」

不少遺傳性疾病跟 RNA 剪接有關，但要以此發展藥物，必須徹底了解 RNA 剪接途徑的機制，才能對症下藥。很令人振奮的， 2016 年底美國食品藥品監督管理局 （FDA） 批准了一個治療脊髓性肌肉萎縮症 （SMA） 的藥，可以矯正調控病患運動神經元蛋白質的 RNA 剪接異常。鄭淑珍提到，此外國團隊在這方面不放棄地研究了二十多年，並攜手生技公司、藥廠合作開發新藥。

國際上除了脊髓性肌肉萎縮症 （SMA）藥物研發成功的激勵，RNA 剪接研究也照進另一道曙光。

以前是透過生化實驗來「推論」 RNA 剪接途徑。近年由於冷凍電子顯微鏡技術的大精進，解出了剪接複合體的複雜結構，可以看到剪接途徑不同階段的剪接體結構細微的部份，相當於直接「看見」RNA 剪接過程，也應證過去的實驗推論。這令研究人員們內心狂喜，因為剪接體的結構既複雜又不穩定，過去很難想像其結構能輕易解出來。

「很多這個領域的創始元老，現都已八十多歲，沒想到有生之年可以親眼看到這些結構，他們都很開心！」說著這段話的鄭淑珍，眼中也帶著期待。

雖然多瞭解了很多，但還有很多需要被瞭解，所以我們就在這個領域繼續做。

RNA 剪接正發生在你我體內，此領域雖已累積不少研究發現，但還有很多需要被探究。多瞭解它們一些，就給我們更多機會去對付因剪接缺失所造成的疾病。

本著作由研之有物製作，原文為《我們體內竟然住著剪接師！鄭淑珍的 RNA 剪接研究》以創用CC 姓名標示–非商業性–禁止改作 4.0 國際 授權條款釋出。

本文轉載自中央研究院研之有物，泛科學為宣傳推廣執行單位

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本文由海洋保育署廣告企劃，泛科學為宣傳推廣執行單位。

• 作者：採訪撰稿 ∕ 謝育哲 ∕ 本刊主編

大海中美麗的珊瑚礁是許多海洋生物的棲地，但由於海洋環境汙染及氣候變遷等問題，珊瑚的生存不斷受到壓迫，珊瑚白化問題更是屢見不鮮。為了讓一般大眾也能保育珊瑚，由海科館陳麗淑博士等人團隊從澳洲引進的「珊瑚觀測」，用簡單色卡上的顏色與觀測珊瑚進行比對，就能評估該珊瑚的健康狀況。此外，海科館及海保署也進行更多的計畫與推廣，讓全民一起守護海底美麗的珊瑚。

海中有著形形色色的生物，如果要挑選出一種外觀最令人印象深刻的，肯定是色彩斑斕綺麗的珊瑚了！許多人常會誤認珊瑚是一種植物，但牠其實是不折不扣的動物。事實上，珊瑚是由許許多多的珊瑚蟲（coral polyps）所形成的群體。目前全世界共有 800 多種的珊瑚，而由珊瑚組成的珊瑚礁（coral reef）更是許多海洋魚類生存的家園。

但由於珊瑚生長速度極慢，每年僅增長約 10 公分，且十分脆弱，近年來又因氣候變遷與海洋汙染等問題，造成珊瑚的生存出現危機。因此，保護珊瑚人人有責，但身為一般人的我們又該如何保育這些美麗又珍貴的海洋生物呢？本次《科學月刊》專訪了國立海洋科技博物館（以下簡稱海科館）的研究員陳麗淑博士，看看有哪些保護珊瑚的方式，以及介紹從澳洲引進的珊瑚觀測（coral watch）方法吧！

珊瑚遇到了什麼危機？

關於珊瑚，我們最常聽到的是「珊瑚白化」（coral bleaching）。但珊瑚白化代表什麼？又是什麼造成了珊瑚白化呢？

由於珊瑚對於生存環境的溫度十分敏感，一般來說，對珊瑚而言最自在的水溫環境為 23～28℃，而生存的極限溫度範圍則為 18～32℃，若超過這個溫度區間，對珊瑚來說即為太冷或太熱的環境。陳麗淑表示，一但海水溫度超過 32℃，珊瑚就會出現白化現象。當然不是所有的珊瑚都會同時白化，各種珊瑚因生長速度不同，白化現象發生的情形也會有所差異。一般來說，生長速度較快的枝狀珊瑚比較容易白化，而團塊狀珊瑚則比較有抵抗力。

不過珊瑚到底是怎麼「變白」的？其實珊瑚白化詳細原因，是因為當環境溫度出現劇烈變化時，珊瑚內部的共生藻數量就會下降。由於共生藻是珊瑚繽紛色彩的來源，因此在珊瑚內部的共生藻數量多時，顏色就會飽滿鮮豔，而當共生藻離開珊瑚後，珊瑚的顏色便會越變越淡，最後白化，若後續沒有適當保護與處置，珊瑚就可能會因而死亡。所幸珊瑚白化並不是不可逆的，只要海水溫度回到適合珊瑚生存的溫度，珊瑚就會逐漸穿上牠美麗的彩衣，恢復原本繽紛的色彩。

過去臺灣周遭海域曾出現過多次珊瑚大量白化的現象，陳麗淑表示，珊瑚大規模的白化的情形主要集中發生在夏季，甚至在去（2020）年夏季就曾發生珊瑚大量白化的現象，由於當時的海水溫度偏高，且維持時間較長，使得臺灣各地出現珊瑚白化的情形。不過好消息是，根據調查，今（2021）年還未發生大規模的珊瑚白化，且時節已進入秋季，海水溫度下降，至少目前珊瑚不會面臨溫度升高的生存壓力。不過，陳麗淑也語重心長地提醒：「近年來海水溫度過高的發生頻率相較以往提高了不少。」令人擔心的是，若海水溫度升高頻繁，將可能嚴重衝擊珊瑚的生存。因此，我們必須想辦法保護珊瑚。

一般人該怎麼保護珊瑚？老嫗能解的「珊瑚觀測」

對一般大眾來說，並不是所有人都具備珊瑚的相關知識，對此，陳麗淑一直在思考該用什麼方法，才能讓沒有專業知識背景的大眾能參與保育珊瑚的活動呢？在公民科學領域中，有個名為「珊瑚礁體檢」（reef check）的珊瑚監測計畫。但由於珊瑚礁體檢的入門門檻較高，需要先經過一定時數的課程訓練，且所費不貲，因此這並不是一項適合所有人的方法。

這時陳麗淑想到了「珊瑚觀測」。事實上，珊瑚觀測約莫在 2009 年就已有人引進臺灣，但當時並未受到大量關注。直到 2018 年，陳麗淑帶領的團隊開始重新研究珊瑚觀測的方式，發現其背後的科學大有學問，也可簡化成任何人都能理解並運用的珊瑚監測方式。

珊瑚觀測主要是透過一張卡片，上頭有 4 種由淺至深的色調。陳麗淑表示，這些色調涵蓋了約 70～80％ 的珊瑚種類，即使無法囊括其他特殊顏色的珊瑚，但卡片上的設計對普通人來說已是綽綽有餘。而觀測方法也很簡單，任何人只要帶著這張卡片潛水至珊瑚旁，將卡片上的顏色與想觀察的珊瑚顏色進行比對與拍照即可。如果是前往水深 6 公尺以上的區域，則建議觀測時攜帶光源，以避免色差造成的誤判。前文有提到，珊瑚的顏色代表其內部共生藻早的數量，當共生藻數量越多，珊瑚顏色越深，也就代表越健康；反之，若顏色越淡則代表珊瑚的健康可能出現狀況了。

陳麗淑說明，珊瑚觀測背後的科學基礎十分紮實。這套由澳洲昆士蘭大學（The University of Queensland）學者馬歇爾（Justin Marshall）等人組成的團隊研發設計。團隊將珊瑚搬至實驗室中進行一系列實驗，觀察在各溫度區段中，不同溫度會如何影響珊瑚中的共生藻數量，並記錄珊瑚的顏色變化。在經過嚴謹的科學實驗後，馬歇爾團隊將其簡化並歸納成珊瑚觀測的色卡。陳麗淑表示，這套化繁為簡的觀測方式在經過推廣後，許多保育團體對於珊瑚觀測的接受度都非常高，能進而達到推廣珊瑚保育目的。

海洋公民科學知識報你知

※珊瑚觀測

珊瑚觀測是一項由澳洲昆士蘭大學學者所辦理的非營利全球珊瑚礁監測計畫，將珊瑚的顏色變化標準化後，製作成珊瑚健康色卡，提供一種簡單的方法用以評估珊瑚健康，並為 CoralWatch 的全球數據庫做出貢獻。大家可以使用這些色卡協助科學家收及數據，支持珊瑚礁監測工作。

另外，珊瑚觀察也透過與世界各地的志願者合作，包括了潛水中心、科學家、學校團體、遊客參與其中，讓大眾更加了解珊瑚礁白化、氣候變化對於珊瑚礁的影響。

保育珊瑚面臨哪些困境？

雖然保育珊瑚是許多人的共識，但過程中依然面臨到許多的挑戰及困難。目前最常見的是海洋垃圾問題。由於珊瑚本身不會移動，當海洋垃圾在海中漂浮時不慎卡在珊瑚上，若沒有人為協助清理，則非常有可能造成珊瑚死亡。

陳麗淑舉例說明，由於今年 5 月起爆發 2019 冠狀病毒疾病（COVID-19）的本土疫情，位於基隆的潮境公園也為了防疫而禁止一般人下水。但當研究人員下水觀察後發現，因為沒人下水協助清理海洋垃圾，許多卡在珊瑚上的垃圾無法被及時移除，發現的當下已有許多珊瑚出現白化現象，這些珊瑚後續花了約一個月才慢慢恢復正常。

對此，陳麗淑曾與中研院學者邵廣昭等人討論，若保育區都沒有人進入可能並不是件好事，尤其當海洋汙染嚴重，垃圾很多的情況下，都還是必須定期有人去協助清理。因此，保育區在人為管理的情況下或許才是保育珊瑚好方法。

你我都可以為珊瑚盡一份心力

我們還有什麼方法可以保護珊瑚呢？陳麗淑表示，如果你是一個會下水觀測的人，使用珊瑚觀測是個好選擇。無須再多帶任何設備，只要準備珊瑚觀測的卡片，攜帶相機與光源，就可以拍攝並記錄珊瑚的健康狀況。不過若是沒有相關潛水經驗或半路出家的遊客，反而可能在潛水的過程中不慎踢到或傷害珊瑚，因此潛水者必須要具備一定的潛水技術。

海洋保育署（以下簡稱海保署）為推廣友善珊瑚礁生態旅遊，提出「珊瑚礁區你該注意的 8 件事」，包含不踩踏、不揚沙、合格玩家、保持適當距離、使用海洋友善防曬、不餵魚、不吃珊瑚礁魚、減塑行動。

即便沒有下水，在岸上也有許多可以保護珊瑚的方法。舉例來說，在我們常用的防曬乳中，多數含有可能傷害珊瑚的成份，因此在選購時可以優先考慮「海洋友善防曬」。此外，由於珊瑚礁魚類可以協助清理珊瑚礁之中的藻類，讓珊瑚順利生長，我們應盡量避免食用珊瑚礁魚類。所以最重要的，是希望大家一起落實節能減碳，全球暖化是影響珊瑚生存的主要原因之一，若減碳能從個人做起，也是保育珊瑚的積極作為。

出書、展覽、辦活動 海科館邀你一起守護珊瑚

除了上述的個人保育行為外，海科館也辦理了一系列保育珊瑚計畫。陳麗淑表示，海科館的研究人員會定期前往珊瑚礁進行監測，還會前往各地宣傳及教導大家如何使用珊瑚觀測。

至於在珊瑚復育方面，海科館內也有養殖珊瑚，研究人員會把這些珊瑚移植到野外，或是使用不同的材質，測試珊瑚附著生長的情形等。未來希望透過這些方法，協助加速珊瑚的生長。

在教育方面，去年海科館與行政院環境保護署及科技部等單位，共同主辦的「2020 海洋公民科學家行動計畫」中，包含了「珊瑚保育監測」的主題。對此，海科館團隊舉辦了一系列的「針織珊瑚」活動。「針織珊瑚」主要是前往各地的小學，除了教導珊瑚的知識，以及倡導珊瑚保育外，讓小朋友們藉由織毛線的方式，訴說一則關於珊瑚的故事。每所國小的作品都有自己的主題，也讓小朋友在織毛線的過程中，思考珊瑚對於生態的重要性，從小扎根珊瑚保育知識。並在後續收集作品後，舉辦「陸上造礁 針織珊瑚計畫特展」。

此外，海科館也曾於 2019 年出版《珊瑚很有事：珊瑚保育×環境藝術×手作針織×珊瑚教案》一書，並榮獲第 44 屆金鼎獎。今年更在海科館官網建置「海科館悠遊數位海洋行動學堂懶人包」，整合科普電子書、電子繪本、數位課程學習平台、海洋知識、動畫學習、影片等。陳麗淑表示，透過這些教材與教案的持續推廣，希望能讓更多人利用這些資源，一起守護海洋中的美麗珊瑚。

海洋保育署與臺灣珊瑚保育

海保署於今年透過「臺灣珊瑚監測交流網絡建立與保育策略規劃」計畫，建立珊瑚監測與保育示範點，以及珊瑚監測交流網絡，選訂全臺灣共 32 個地點進行水下珊瑚礁調查。調查結果截至今年 9 月底，澎湖、恆春半島、東部、北部珊瑚覆蓋率多呈現穩定狀態，但小琉球珊瑚礁卻多數已衰退，可見除了受到全球暖化影響，不當的遊憩踩踏行為也對珊瑚礁造成嚴重衝擊。

此外，海保署也與行政院農業委員會水產試驗所共同合作，針對澎湖池東淺坪海域的棲地環境現況進行調查及珊瑚復育，增加棲地多樣性。截至今年 9 月底，珊瑚移植面積已達到 100 平方公尺，其中珊瑚礁魚類包含青嘴龍占（Lethrinus nebulosus）、鸚哥魚（Scaridae）、隆頭魚（Labridae）等也逐漸聚集在移植區域，豐富當地生態。

此外，有鑒於目前許多單位都在進行珊瑚保育及復育相關工作，海保署今年度與海生館合作成立珊瑚保育專案辦公室，除了作為各單位資料蒐集整合中心，提供數據科學家分析資料外，還能進一步轉化為資訊呈現給大眾，使珊瑚礁相關專家學者、單位，以及一般民眾等，都可藉由此互相交流，同時兼具諮詢、推廣功能，協助提供珊瑚保（復）育相關標準作業方式及技術指導。並設立臺灣珊瑚礁水質採樣點及進行水樣分析，了解水質狀態，以作為後續珊瑚復育棲地及規畫保育方式選擇的依據。

為了鼓勵更多在地民間團隊參與，海保署亦透過辦理「海洋保育在地守護計畫」，支持在地團體進行公民科學、清除珊瑚礁覆網及珊瑚復植，希望能夠結合在地生活方式及資源提出具體保育策略，發揮社會影響力，促進在地參與珊瑚保育及復育作業，並提高民眾對海洋保育的參與及投入。

從政策面、科學面，再到行動面，海保署將持續呼籲全民共同守護臺灣珍貴的珊瑚資源。

海洋委員會海洋保育署正在舉辦 海有問題 我來分析 | 第一屆海洋公民科學家數據松！為臺灣周遭的海洋生態盡一份心力吧！

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