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

3

1
1

文字

分享

3
1
1

儉約的基因,奢侈的口味:能合成更多omega-3與omega-6脂肪酸,是優點或缺點乎?

葉綠舒
・2012/05/02 ・1641字 ・閱讀時間約 3 分鐘 ・SR值 532 ・七年級

我們的大腦是個非常神奇的器官。他大約重 1.3 到 1.4 公斤,約有一千億個神經元,每個神經元都向外觸及其他一千顆(老鼠大約只有十分之一的連結)。由於每個神經元都和另外的一千顆有接觸(而且這一千顆並不一定在旁邊),使得腦子所有的部位都能保持密切聯繫 [1]

既然每一顆神經元都要跟另外的一千顆有聯繫,神經元是否能正常的成長就很重要了。過去曾發現兩種長鏈多不飽和脂肪酸(long-chain polyunsaturated fatty acids, LC-PUFA),DHA(docosahexaenoic acid,屬於 omega-3 脂肪酸)與 AA(arachidonic acid,花生四烯酸,屬於 omega-6 脂肪酸),對神經元的成長很重要 [2]

雖然 DHA 與 AA 對神經元的成長很重要,但是我們並不能用簡單的原料(如 2 碳的乙烯輔酶 A)去合成它們。我們只能用 ALA(alpha-linolenic acid)與 LA(linoleic acid,亞麻油酸)來合成 DHA 與 AA。也就是因為這樣,所以我們一定要從飲食中取得 ALA 以及亞麻油酸,或者直接攝取 DHA 與花生四烯酸也可以。

如果是攝取 ALA 與亞麻油酸,由於它們只有 18 個碳,但是 DHA 為 22 個碳,而花生四烯酸則有 20 個碳,所以由 18 碳到 20-22 碳會需要延長(elongation)碳鏈以及加入雙鍵(去飽和反應,desaturation)。這其中,將雙鍵加入五號碳和六號碳的酵素 FADS1 與 FADS2,是這一整條合成途徑的速率限制步驟。

omega-3 (N3) 與omega-6 (N6) 脂肪酸的合成。在方格裡的 20:4 是花生四烯酸,22:6 是 DHA。FADS1 為 Δ5D,FADS2 為 Δ6D。圖片來源:Linus Pauling Institute(http://0rz.tw/rO0OE)

FADS1 與 FADS2 這兩個基因以頭對頭的方式座落在人類的第十一條染色體上。最近的研究發現,這兩個基因在人類的演化史上曾出現過變異。兩種主要的變異型 A 與 D,其中 D 使得酵素 FADS1 的表現量上昇。研究團隊發現,具有 D 變異型的人,合成 DHA 與花生四烯酸的能力,明顯地比 A 變異型的人要好很多 [3] [4]

研究團隊分析發現,兩種變異型出現的時間都小於 50 萬年;而 D 變異型與原來的基因差異較大,而且大部分的現代人都具有 D 變異型。

由於 D 變異型可以合成更多的 DHA 以及花生四烯酸,且這些 omega-3 與 omega-6 脂肪酸可刺激神經元的發育,研究團隊認為這個基因變異,使得現代人即使在飲食中未取得 DHA 與花生四烯酸(這兩種脂肪酸要從動物中取得,尤其是 DHA 要從海魚中獲取),還是可以經由亞麻油酸與 ALA(這兩種脂肪酸可由植物中取得)來合成足夠的 DHA 與花生四烯酸。

由於現代人與尼安德塔人(Neanderthals)在演化上分道揚鑣的時間大約就在 50 萬年前,研究團隊認為,D 變異型在現代人的基因中出現,是否提供了現代人在大腦發育上的優勢呢?由於具有 D 變異型基因的人可以在打不到獵物的狀況下,靠著採集到的果實、塊莖等食物所提供的亞麻油酸與 ALA,仍能合成足夠的 DHA 與花生四烯酸;這是否代表他們在歷史的智力競賽中取得較佳的優勢呢?

由於大部分的現代人都具有 D 變異型,因此可以說具有這種變異的人的確在演化上有優勢;但是這個基因變異到了 20 世紀,似乎成了一個劣勢。

怎麼說呢?原來體內有較高的 omega-6 脂肪酸(如:花生四烯酸)會造成前發炎性二十碳烯酸(proinflammatory eicosanoids)的合成。

前發炎性二十碳烯酸 (proinflammatory eicosanoids) 的合成。可以看到, 他們都是由花生四烯酸 (AA) 來合成的。圖片來源:維基百科(http://0rz.tw/YPwTK)。

這些前發炎性二十碳烯酸的功能包括血管收縮以及血栓形成,提高了心臟病和中風的風險。

所以,原本在演化上,FADS1 與 FADS2 基因的 D 變異型,因為可以在儉約飲食狀況下仍能讓我們神經元發育良好,因此有了優勢;但是到了現代,卻因為飲食中動物性食物不虞匱乏反而成了一種缺點。

或許,這個研究結果,也是在提醒我們,我們在數十萬、數百萬年的演化長流中,演化出的儉約基因(thrifty genes),真的不適合 20 世紀中葉以來的奢侈口味;『享福了福,福盡悲來』,清平致福,八分飽才是王道,不是嗎?

參考資料

[1] 奇普.沃特著。2011.重返人類演化現場.漫遊者出版.
[2] Darios, F., and Davletov, B. 2006. Omega-3 and omega-6 fatty acids stimulate cell membrane expansion by acting on syntaxin 3. Nature 440, 813-817.
[3] Genetic adaptation of fat metabolism key to development of human brain.
[4] Ameur, A., Enroth, S., Johansson, A., Zaboli, G., Igl, W., Johansson, A.C.V., Rivas, M.A., Daly, M.J., Schmitz, G., Hicks, A.A., Meitinger, T., Feuk, L., van Duijn, C., Oosta, B., Pramstaller, P.P., Rudan, I., Wright, A.F., Wilson, J.F., Campbell, H., and Gyllensten, U. 2012. Genetic adaptation of fatty-acid metabolism: a human-specific haplotype increasing the biosynthesis of long-chain omega-3 and omega-6 fatty acids. The American Journal of Human Genetics. 90: 1-12.

本文原發表於作者部落格

文章難易度
所有討論 3
葉綠舒
262 篇文章 ・ 5 位粉絲
做人一定要讀書(主動學習),將來才會有出息。


0

9
4

文字

分享

0
9
4

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》