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缺鐵別怕!中研院發現「鋼鐵人」胜肽幫助植物補鐵

活躍星系核_96
・2018/11/14 ・910字 ・閱讀時間約 1 分鐘 ・SR值 528 ・七年級
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植物也有缺鐵危機!

鐵是植物生長必需的微量營養素之一,但因土壤中的鐵往往活性極低、被吸收的效率有限,使缺鐵問題成為植物界中常見的營養障礙,而部分食用植物含鐵濃度過低,更是人類缺鐵性貧血的主因。

中央研究院植物暨微生物研究所研究員施臥虎 (Dr. Wolfgang Schmidt.) 及博士後研究員盧毅 (Dr. Louis Grillet) 研究團隊,發現了一種名為IRON MAN (IMA) 的新型小胜肽家族,可幫助植物根部吸收外在環境中的鐵。此發現已初步於番茄實驗中證實。研究成果於 10 月刊登於國際頂尖期刊《自然植物》 (Nature Plants),並被選為重點論文。

開花植物中傳遞訊號的小胜肽家族 IMA

研究團隊發現,小胜肽家族 IMA 存在於開花植物中,可透過在植物韌皮部中移動以傳遞信號,進而調節鐵在植物體中的平衡狀態。而所有 IMA 胜肽都含有一段共同序列,是使其可正常運作的關鍵。模式植物阿拉伯芥 (Arabidopsis thaliana) 的基因組即含有 8 個 IMA 基因。

首先,研究團隊藉由 CRISPR-Cas9 基因剪輯技術將阿拉伯芥中的 8 個 IMA 基因產生突變,使其失去功能,結果得到了體型非常小且極度黃化的阿拉伯芥植株,這樣的植株需要適時補充足夠的鐵才得以存活。

接著,團隊續將野生型阿拉伯芥和 IMA 基因被突變的阿拉伯芥相互嫁接,並發現位在地上部(莖、葉、花)的 IMA1 胜肽可促進根部鐵的吸收,而 IMAs 胜肽則負責在植物體的地上部及地下部(根部)間傳遞長距離信息。因此,可推斷 IMAs 可感知植物葉片中鐵含量的狀態,並傳導訊息到根部,進而增強根部吸收鐵的效率。

IMA 胜肽僅在開花植物的基因組,不存在蕨類植物、藻類或真菌中,因此推測其出現在陸地植物進化的早期階段。儘管 IMA 胜肽普遍存在於植物界中,但由於它們的大小和結構皆高度多變,因此尚未被認為是一個家族,其相對應基因也大多未被註解。

此方法開闢了產生富含鐵的植物的新途徑,不僅可增加阿拉伯芥種子中的鐵含量,應用在番茄植株後,亦增加了番茄果實中的鐵含量。

番茄橫切面的染色對比圖,顏色越深表示鐵含量越多。(圖/中研院新聞稿)
左:野生型番茄;右:增加 IMA 後的番茄
  • 該論文已於美東時間 10月 15 日刊載於期刊《自然植物》(Nature Plants),文章標題為 IRON MAN is a ubiquitous family of peptides that control iron transport in plants

(本文改寫自中研院媒體小組新聞稿)

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活躍星系核(active galactic nucleus, AGN)是一類中央核區活動性很強的河外星系。這些星系比普通星系活躍,在從無線電波到伽瑪射線的全波段裡都發出很強的電磁輻射。 本帳號發表來自各方的投稿。附有資料出處的科學好文,都歡迎你來投稿喔。 Email: contact@pansci.asia

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空氣污染也可以變成可用能源?
valerie hung
・2017/05/22 ・789字 ・閱讀時間約 1 分鐘 ・SR值 560 ・八年級
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  • 首圖來源:UAntwerpen and KU Leuven

淨化空氣及尋找替代性能源,是當前人類面臨的兩大社會挑戰,如果能一次解決那該有多好?

比利時安特衛普(Antwerp)大學與魯汶(KU Leuven )大學的研究團隊也是這麼想:他們設計出一種可以邊淨化空氣,邊產生氫能源的全氣相光電化學電池,而且運作過程只需要照光!完整研究結果刊登 2017 年 4 月 10 日出版的(ChemSusChem)科學期刊上。

根據山米.佛布魯根(Sammy Verbruggen)教授解釋,設備內以薄膜隔成兩個部分:

空氣會在光陽極的這一側被清潔,同時帶有陰極的另一側則因降解作用製造出氫氣(hydrogen gas)。這些氫能可以儲存起來,作為氫能巴士等氫能設備的燃料使用。

這套技術靠得是「異相光催化(heterogeneous photocatalysis)」反應,其運用光與特殊催化劑(通常是某種半導體)來引發化學反應,屬於光化學反應中間接光解反應的一種,而異相光催化反應與其反應物在不同的物理相。

異相光催化過去常應用於從水抽取氫,而研究團隊發現用在含有有機污染物的空氣上也行得通,而且效率甚至更高。這套設備的運作原理和太陽能電池有些相似,都只要照光就可以進行,只是後者可以直接發電,前者則會產生氫能。目前的研究還只能靠人工光線運作,研究團隊正在努力改良材料,期盼未來可直接靠陽光觸發反應。

雖然聽起來能淨化空氣又能產生乾淨能源的電池很威,不過目前團隊只造出約手掌大,面積僅數平方公分的電池原型,還處於概念階段(proof-of-concept)。接下來團隊將投入讓技術規模化,以及能確實應用在工業的研究。

 

延伸閱讀:

原始論文:

  • Sammy W. Verbruggen et al.. Inside Back Cover: Harvesting Hydrogen Gas from Air Pollutants with an Unbiased Gas Phase Photoelectrochemical Cell (ChemSusChem 7/2017). ChemSusChem, 2017; 10 (7): 1640 DOI: 10.1002/cssc.201700485

參考資料:

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2020年第十三屆台灣傑出女科學家獎出爐!傑出獎由中研院林淑端特聘研究員獲得
PanSci_96
・2020/06/18 ・3703字 ・閱讀時間約 7 分鐘 ・SR值 557 ・八年級

  • 「第十三屆台灣傑出女科學家獎」得主合影(由左至右):孟粹珠獎學金得主羅芊卉同學、傑出獎得主林淑端博士、新秀獎得主林曉青博士、新秀獎得主陳韻晶博士
  • 本文改寫自台灣萊雅新聞稿,更多詳情請至官方網站查詢

已連續舉辦13年,2007年開始台灣萊雅聯合吳健雄學術基金會共同發起設置的「台灣傑出女科學家獎」,是全台第一、更是唯一專為表揚台灣女科學家卓越貢獻所設立的獎項。

今年最高榮譽「傑出獎」由中央研究院分子生物研究所——林淑端特聘研究員獲得。為獎勵優秀年輕女科學家而設立的「新秀獎」,則頒發給中央研究院生物化學研究所——林曉青助研究員,和國立清華大學生物醫學工程研究所——陳韻晶副教授。鼓勵年輕博士班學生具科學潛力的「孟粹珠獎學金」,則由國立陽明大學分子醫學博士學位學程博士班三年級——羅芊卉同學脫穎而出。

引領RNA研究,為醫藥領域發展奠定重要基礎

本屆傑出獎由中央研究院分子生物研究所——林淑端特聘研究員獲得。一路走來,林淑端博士熱愛生命科學,童年生活在鄉間看見雞生雞、鴨生鴨的景象,而對物種遺傳產生興趣,因此高中也毫不猶豫地選擇生物丙組,林博士分享:「做選擇的時候很自然,對生命從無到死的奧秘想要了解更多,生物領域包羅萬象,小到細菌、大到生物界,不僅多樣、複雜且具次序性。」在重複「求真」的研究過程中,林博士樂於在科學的領域中實踐生命的傳承與延續,同時也坦言:「俗話說失敗是成功之母,做科學的人是最能理解的。其實95%以上的實驗都是失敗的,但成功正是奠基在失敗的經驗上。」

年幼時因家中經濟狀況不佳,林博士在求學階段仰賴老師集資幫助,得以完成學業,因而將教師視為人生志業,選讀國立彰化教育大學,並於畢業後投身台中大安及梧棲國中擔任導師4年,不僅曾熱血騎著49cc迷你摩托車到每位學生家進行訪談,更獲得「優良教師」榮譽。林博士有感於求學歷程受到好老師的啟發,從中學教師到研究學者的階段,均持續發揚作育英才的精神,於中央研究院國際事務處服務時,推動國際交流,招募國際研究生來台,培育國際科研人才,實驗室培養的博士後研究員更分布美國、西班牙、印度、新加坡等地。林博士對於提升台灣基礎研究成果的國際能見度,及推動台灣高等教育國際化,有顯著且具體之貢獻,不僅熱心作育英才,更為杏壇樹立典範。

林博士在細菌RNA衰變的分子機制及闡明其生物意義上有多個創新的重要發現。

1996年,她發現細菌具有”RNA降解體”的分子器,其後每一個創新研究發現皆對RNA研究學界產生引領的影響力,其研究成果更在微生物細菌學門成為國際領軍人物。林淑端博士以普遍存在溫血動物(含人類)的腸道細菌”大腸桿菌”作為研究RNA衰變的模型生物。大腸桿菌一方面是腸道重要的益生菌,另一方面也是致病菌,林博士發現大腸菌生存的重要策略之一,是透過稱為”RNA降解體”之多蛋白複合體的核酸降解分子機制,扮演後轉錄調控基因表達的關鍵作用,可調控細菌存留及適應環境的能力。

林博士分享:「科學家最喜悅的就是你的發現,別人印證是一樣的,而且是在不同的物種,或者是在不同的運用上面。」在科技發展應用上面,2018年即有第一個RNA藥物的產生,雖是基礎研發,但台灣確實有這樣的研究能量,讓基礎研究協助科學持續發展,未來也有機會變成產業界的藥物。如同今年COVID-19病毒出現多樣突變,林博士的RNA研究,也為台灣在病毒防治上提供了重要的應用基礎。

探究天然物的生物合成機制

本屆新秀獎由中央研究院生物化學研究所——林曉青助研究員獲得。在宜蘭田野中長大的林曉青博士,從小就喜歡觀察、探討各種原理,常跟著是化學工程老師的爸爸一起組裝和修理東西。國小時對自然科學充滿興趣,透過閱讀報章雜誌的自然科學專欄了解動植物、昆蟲、自然現象以及日常觀察來探索世界。並在大學的實習課中受到啟發,找到自己有興趣、有熱忱的事,在家人的支持之下,義無反顧地踏上科研之路。林博士也認為,做研究不要執著於結果,要執著於過程,因為結果是由一段段清晰的過程累積而來,鼓勵對於科學有興趣的年輕學子,追求目標的同時亦思考如何衡量自己的人生,在工作方面,雖然我們無法準確預測十年後從事什麼工作會比較好,但只要有熱忱,就有機會做到頂尖,在這個世界上找到屬於自己的舞台

林博士在研讀博士學位期間,合成生物學技術逐漸發展,林博士對於酶的催化能力著迷,因此逐漸將研究範圍由天然物化學擴展到天然物的生物合成。林博士在生物合成研究上有多項突破性的發現,對於與醫藥、農業相關之微生物以及其生產的天然物,尤其是萜類和生物鹼類化合物,解析其生物合成途徑以及開發新穎酶,催化各式化學反應,在基礎科學與應用價值上皆具重大意義。林博士分享:「天然物可想像是由積木所組成的模型,由不同基本元件以及工具進行組裝,成品具有不同的功能,透過了解大自然使用的元件和工具,我們可以應用在不同面向,例如在藥物的研發與化合物原料的製程,可減少許多時間以及經濟成本,並加速產能。」

林博士的多項研究成果不僅發表於J. Am. Chem. Soc.Angew. Chem. Int. Ed.等生命科學及化學相關領域的國際傑出期刊,其研究成就更受國際獎項的肯定,在2013年博士後研究期間曾獲美國生藥學會的Travel Grants for Active Members;回台獨立研究後,在2017年亦獲日本化學學會頒發的Distinguished Lectureship Award。

開發抗癌藥物及免疫療法

另一位新秀獎得主為國立清華大學生物醫學工程研究所——陳韻晶副教授。陳韻晶博士自幼學習大提琴,身為音樂資優班的學生,父母一直以來都希望她能成為一個音樂家,但國中時受到理化女老師的影響,赫然發覺原來自己對於數理、科學研究有濃厚的興趣,但家人的期許讓她開始家庭革命,即使在學成績不突出,仍努力達成媽媽提出的嚴苛條件「若未考取第一志願高雄女中,就繼續就讀音樂班」,陳博士以行動展現投入科研的決心,考上了第一志願,讓父母從反對轉而支持。

高中開始,陳博士對生物研究頗感興趣,大學進入生物科學系,更是確定興趣與目標。碩士就讀台大病理所時,正逢2003年SARS流行,台大急診急需診斷快篩工具,更確立陳博士邁向科學家之路,期許其能在此領域有所貢獻。陳博士認為每個階段都是跨領域的困難與挑戰,沒有一路順遂的情況。同時,也鼓勵對於科學有興趣的年輕學子謹記四點:(1)找尋每個階段的導師,並從中學習;(2)不要放棄或看輕自己;(3)開發科學以外的興趣,抽離在挫折中的壓力;(4)沉浸在研究的過程中,具備堅持和熱情的人格特質很重要

陳韻晶博士於2013年回台時,在清華大學生物醫學工程研究所成立標靶藥物實驗室,主要研究方向為開發抗癌藥物及免疫療法。陳博士團隊利用高分子材料開發腫瘤標靶藥物/基因輸送載體,解決抗癌藥物無法長時間穩定釋放、腫瘤利用率過低等問題。陳博士提到癌症、肝硬化、腎臟及肺臟纖維化這類疾病在治療上較為困難,因此選擇此做為研究標的。研究分兩個階段,第一部分是生物機制上的研究,深入探討腫瘤或是肝硬化致病的原因及為什麼會引起抗藥性導致治療失效,了解後再進行藥物的開發,利用材料科學研究新的劑型,關注藥物輸送系統,而非藥物本身,也藉由材料的特性,試圖去克服抗藥性的問題,等於是生物科學與材料科學的結合應用。例如:奈米就是藥物系統的開發,主要提升藥物在血液裡的穩定性及半衰期,根據組織的特異性在奈米粒子表面做修飾,達到有效的運輸。

近期研究對於一氧化氮在癌症治療的應用,也帶來關鍵技術突破,透過一氧化氮的載體至腫瘤部位,改造腫瘤的血管,更容易讓藥物通透與滲透,以及深入探討利用藥物載體是否能夠克服抗藥性的問題,主要利用在標靶藥物上的改善,成為未來在癌症治療上的一個新平台,研究成果發表於國際知名頂尖期刊《自然奈米科技》(Nature Nanotechnology)。目前發表的國際期刊論文中,由陳博士擔任第一作者或通訊作者之22篇論文發表於頂尖期刊,像是《自然》子刊Nature Nanotechnology、Nature protocols、《科學》子刊Science Advances、Hepatology等,其學術論文被引用近3,400次、擁有5項專利獲證。

以細胞纖毛為研究主題,探討與疾病的關聯性

孟粹珠獎學金則由國立陽明大學分子醫學博士學位學程博士班三年級——羅芊卉同學獲得。羅芊卉同學在校成績優異,從臺北醫學大學醫技系拿到學士學位,進入陽明大學生化與分生所拿到碩士學位,其碩士論文更獲首獎。最令人為之一亮的是羅同學的研究經驗,在就讀博士班三年級時,已有一篇第一作者文章發表在以嚴謹著稱的Journal of Cell Biology期刊,分析細胞主纖毛(primary cilia)的形成。最近細胞纖毛是相當熱門的研究題材,細胞的主纖毛是細胞的觸角,可感覺外界的訊息並傳到細胞內部進行反應,缺乏主纖毛會引起多種器官的疾病,如大腦、腎臟、耳朵等皆會受到影響。羅同學的論文詳細探討纖毛的形成機制,並運用細胞生物的方法,精確地觀察纖毛的形成與蛋白質的關係,能在短時間內完成如此複雜的實驗,發現細胞纖毛與疾病的關聯,顯示出她的研究功力扎實。

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同儕遭霸凌,學生們為什麼選擇袖手旁觀?
活躍星系核_96
・2017/02/13 ・798字 ・閱讀時間約 1 分鐘 ・SR值 506 ・六年級
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台灣校園霸凌事件屢見不鮮,為何學生看到同儕遭霸凌時選擇袖手旁觀?國立中山大學師資培訓中心助理教授陳利銘研究團隊與澳洲蒙那許大學(Monash University)教授 Lennon Chang 合作,針對影響校園霸凌旁觀者的介入因素與歷程進行探討,訪談 24 名國中生後發現,學生因受「不覺得事件嚴重」、「覺得自己沒有責任也沒能力」、「跟受害者不是朋友」等因素影響,就算看到霸凌也不想出面管,研究結果登上《國際學校心理學》(School Psychology International)期刊。

中山大學校長鄭英耀、助理教授陳利銘等人組成研究團隊,與澳洲學者合作,訪談曾涉入校園霸凌的國中生,包括 12 名旁觀者及 12 名挺身者;結果發現,學生在目睹霸凌事件後,若是覺得該行為不嚴重、和自己無關或沒責任去管、討厭受害學生、怪罪受害者、認為自己不是受害者的朋友等,就會不願意出面協助而選擇旁觀。反之,若學生認為該行為很嚴重、覺得自己有責任去管、對受害學生抱持同理心、覺得受害者是無辜的、和受害學生是朋友、想維持全班和諧氣氛等,就會想出面協助。

陳利銘表示,校園霸凌發生時通常都有旁觀者,如何善用旁觀學生的力量,將是防制校園霸凌的重要關鍵之一。若學生受到低知覺嚴重性、低個人責任、高厭惡感、高譴責歸因(怪罪受害者)、低自我效能(覺得自己沒有能力管)、低友誼關聯的影響,就會不想出面協助。因此,校園霸凌防制應提升學生對霸凌行為的知覺嚴重性及個人責任感,降低學生怪罪受害者的傾向,改善受害學生的人際關係。

另外,陳利銘也指出,挺身協助者出面後,可能被會質疑為什麼要管或是被恐嚇不要管,也有可能想要管卻不知道怎麼管。因此,宜鼓勵具有高號召力或人際關係佳的學生,不用怕被排擠或被威嚇,來擔任挺身協助者,並提供介入策略訓練,提升其同理心、及時出面制止、私下安輔受害學生、或儘快報告師長,由校方來提供合適的協助,營造「全校師生都要管」的氛圍,將有助防制校園霸凌。

(本文為中山大學新聞稿)

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活躍星系核(active galactic nucleus, AGN)是一類中央核區活動性很強的河外星系。這些星系比普通星系活躍,在從無線電波到伽瑪射線的全波段裡都發出很強的電磁輻射。 本帳號發表來自各方的投稿。附有資料出處的科學好文,都歡迎你來投稿喔。 Email: contact@pansci.asia