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發現新型染色體外 DNA

only-perception
・2012/03/13 ・855字 ・閱讀時間約 1 分鐘 ・SR值 543 ・八年級

美國 Virginia(維吉尼亞)大學與 North Carolina(北卡羅萊納)大學發現一種先前未定義的小型環狀 DNA 分子,出現在老鼠與人類細胞內的染色體外。這種環狀 DNA 的長度是 200 – 400 個鹼基對,而且沒有重複序列。這種新型染色體外環狀 DNA(extra-chromosomal circular DNA,eccDNA)已被封為 microDNA。不像其他形態的 eccDNA,在 microDNA 中,鹼基對的順序沒有重複,且常被發現與特殊基因有關。這指出它們可能是因染色體 DNA 的小段微缺失(micro-deletions)而產生。

Anindya Dutta 教授等人將取自老鼠腦組織樣本的 DNA 純化,消化(digested)掉線性 DNA(linear DNA,那由數百萬個個鹼基對構成),僅留下環狀 DNA 片段,接著使用超高輸出量定序方式定序。環狀物由一套新的生物資訊程式確認。

他們發現環狀物的大小與 DNA 上核小體(nucleosome,染色體的次單位)的長度約略相同。環狀 DNA 的嬌小尺寸令他們感到驚訝,因為染色體外 DNA 會更大。他們的環狀 DNA 亦與先前已知的環狀物,稱為多分散 DNA(polydispersed DNA)不同,因為後者經常包含重複的鹼基對序列。另一項有趣的發現是,這些環狀物富含 GC(鳥嘌呤–胞嘧啶)鹼基對以及相對較少的 AT(腺嘌呤–胸腺嘧啶)。研究者在其他老鼠組織與人類細胞上重複他們的實驗。

該團隊亦將環狀 DNA 與原本被消化掉的線性 DNA 比較,同時發現他們能使 microDNA 與線性 DNA 上的微缺失相配。該結果指出在組織細胞中發現的 DNA 或許會展現比先前所以為還要更多的變異,而這意味著,若微缺失出現在其他組織的 DNA 中,但血液細胞(那常用於定序)沒有,則血液細胞中的 DNA 定序也許會給出誤導性(misleading)結果。在自閉症或精神分裂症的基因定序例子中,這也許很重要。腦組織中不正常的基因作用可能會引發這些疾病。許多癌症也是由不正常的基因作用所引起;在此例中,腫瘤抑制基因,以及血液細胞 DNA 的定序也許會給出誤導性結果。

研究者指出,microDNA 也許會在 DNA 複製或 DNA 修復過程中形成,但還需要更多研究才能確定牽涉其中的確切過程。該團隊接下來要轉向研究癌症基因組。

這篇論文發表在 Science 期刊中。

原始文獻:Yoshiyuki Shibata, Pankaj Kumar, Ryan Layer, Smaranda Willcox,

Jeffrey R. Gagan, Jack D. Griffith, Anindya Dutta.
Science, Published Online March 8 2012
doi: 10.1126/science.1213307

資料來源:PHYSORG:New type of extra-chromosomal DNA discovered[March 9, 2012]

轉載自only-perception

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only-perception
153 篇文章 ・ 1 位粉絲
妳/你好,我是來自火星的火星人,畢業於火星人理工大學(不是地球上的 MIT,請勿混淆 :p),名字裡有條魚,雖然跟魚一點關係也沒有,不過沒有關係,反正妳/你只要知道我不是地球人就行了... :D


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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

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科技魅癮_96
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