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一朝見寄生蜂，五代愛乙醇？原來果蠅的記憶能隔代遺傳！

小肥波・2019/08/23 ・1288字・閱讀時間約 2 分鐘・SR值 548 ・八年級

2019/8/28 11:30 編按：原本標題與配圖皆有誤植，已抽換更正。

我們的行為與性格究竟是由基因還是環境影響呢？這個由 17 世紀開始的「先天與後天」爭論，到今時今日仍未有最終結論。不過，近代越來越多研究顯示，父母身處的環境可能會對後代行為與喜好造成一定的影響，最新刊於 eLife 的研究亦有類似論調。

該研究由美國達特茅斯學院 (Dartmouth College) 醫學院的 Julianna Bozler 領導，瞭解環境壓力因素如何影響果蠅 (Drosophilia melanogaster) 後代的表現型 (phenotype) 。她指出，過去一些神經元編碼行為，例如：恐懼，被認為無法跨代遺傳，因此團隊想測試環境引起的父母行為改變，是否會透過「記憶」傳至後代。

果蠅是人類很常使用的研究物種。圖/André Karwath aka Aka [CC BY-SA 2.5], via Wikimedia Commons

故事要從果蠅其中一個天敵「寄生蜂」說起。寄生蜂會將卵注入果蠅幼蟲體內，而人類已知雌果蠅為了避開寄生蜂，會比較喜歡將卵產於釋出乙醇的食物上，保護幼蟲免受寄生蜂感染。

在實驗中，團隊會將果蠅與寄生蜂放在一起共處 4 天，然後才會收集果蠅卵，這些幼蟲成年後不會再與其他果蠅或寄生蜂接觸。團隊會將之分成兩組，一組用於繁殖後代，另一組則分析其對乙醇的喜好。

團隊發現，最初與寄生蜂一起生活的果蠅，有 94% 都傾向於釋出乙醇的食物上產卵，這種行為更會持續出現於其他即使無與寄生蜂互動的後代身上。

雖然，這種行為傾向百分比在第一代後代已有所下降，只有 73% 會於釋出乙醇的食物上產卵，但產卵傾向持續了五代，到第六代才回復至初代的喜好水平，換言之改變並非永久性的生殖系變化 (germline change) ，而是一個可逆轉特徵。

藉由遺傳記憶，即使是從來沒和寄生蜂相處過的果蠅，也知道要「慎選」產卵的地點，避免被寄生蜂攻擊。Paco Romero-Ferrero [CC BY 2.0], via Wikimedia Commons

更重要的是，團隊發現，其中一個推動這種改變行為傾向的關鍵，是雌性果蠅大腦特定區域的神經肽 F (neuropeptide-F, NPF) 釋放受到抑制。這種改變亦有部份源自視覺訊號（見到寄生蜂），才能夠觸發並遺傳至後代。值得留意的是，初代之後的雄或雌性都有能力將對釋出乙醇食物的偏好傳給其後代。

神經肽 F 是一種與成癮行為有關神經傳導物質 (neurotransmitter) ，而在哺乳類中相對應的稱為神經肽 Y (neuropeptide-Y, NPY) ， NPY 除了與成癮行為有關外，亦是哺乳類中樞神經系統中內含量最多的神經肽，幫助細胞溝通、生長與分化，如果我們能更好好了解果蠅的生物學、表觀遺傳學，以及其遺傳特徵的基本機制，或者能幫助有酗酒、濫藥問題的父母，不將問題傳到下一代。

參考資料

Bozler, J., Kacsoh, B.Z. & Bosco, G. (2019). Transgenerational inheritance of ethanol preference is caused by maternal NPF repression. eLife 2019;8:e45391. DOI: 10.7554/eLife.45391

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・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。

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。

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。