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強力提升RNA干擾抑制基因效能的新方法

peregrine
・2011/03/15 ・1473字 ・閱讀時間約 3 分鐘

一支由美國冷泉港實驗室(Cold Spring Harbor Laboraotry)科學家們領導的研究團隊業已研發出一種強有力的方法,來一次從數千候選的U形RNA(hairpin-shaped RNA)分子中,精挑細選出那些有效抑制標的基因活性的RNAs。目前,該項成果將使生物學家們得以充分利用RNA干擾。RNA干擾是科學家們,為了諸如搜尋癌腫基因、阻止病毒感染及最近於臨床試驗中治療疾病等多種目的,早已共同選用的細胞自然機制。

圖片引用自原文

與同屬冷泉港實驗室暨霍華德休斯醫學研究所(Howard Hughes Medical Institute)研究員Gregory Hannon博士,共同領導該團隊的研究員Scott Lowe博士宣稱:「理論上,RNA干擾是種能被用來解體任何有利害關係之基因的強有力工具,不過實際上一直不易執行。」主要挑戰是難以找到觸發RNA干擾的適切分子,這種觸發物是RNA的細小片段,其藉由附著於標的基因的RNA相稱片段上,來毀壞標的基因,從而抑制來自那基因的蛋白質產生。Hannon解釋:「就取決於為蛋白質合成指定遺傳密碼之RNA大小的每一基因而言,潛在上有500到5000個不同的小RNA能觸發RNA干擾。其中多數是無法徹底抑制基因活性,或是最後僅鎖定導致所謂”偏離標的效應”(off-target effects)之不同基因的弱觸發物。於實驗室中,上述任一腳本的觸發物會毀掉使用RNA干擾來研究疾病的實驗,或更糟的,在臨床上導致無用、甚至有害的療法。Lowe宣稱:「挑選出合適的觸發物,一直如同大海撈針般的困難。」

在發表於2011年2月24日網路版《分子細胞》(Molecular Cell)雜誌的一篇論文中,來自Lowe及Hannon實驗室的科學家及其同僚們說明了,他們如何成功解決上述問題。以RNA干擾技術先驅Hannon的一項概念為基礎,及使用於Lowe實驗室研發的分子工具(molecular tools),該團隊設計了一次能分析數千個,於細胞中能抑制有利害關係之基因的短U形RNA(shRNA)分子,並確認最有效能之RNA干擾觸發物的分析法(assay)。

在找尋9個標的基因(包括幾個難以抑制的癌腫基因)最有效能之RNA干擾觸發物的試驗性實驗中,該團隊獲得了2萬個可能抑制上述任一標的基因之shRNAs的遺傳密碼。之後,每一遺傳密碼被嵌入也被工程改造來具有標的基因的逆轉錄病毒(retrovirus:作為感知物),及供作(被稱為標記)螢光蛋白質的基因中。此設計確保了,於培養皿中成長的細胞感染了遺傳上經工程改造的病毒時,在每一細胞中,上述感知物及標記能始終連同shRNA一起被產生。

在觸發RNA干擾上,無效能的shRNAs無法毀壞標的基因及螢光標記基因的RNA。因而此些細胞產生了亮度能被輕易偵測的螢光蛋白質。不過,有效能之RNA干擾觸發物的shRNA能有效毀壞標的基因及螢光標記基因的RNA。因而,此些細胞沒有任何螢光蹤跡。

與博士後特別研究員Johannes Zuber一起進行上述實驗的研究生Christof Fellmann解釋:「之後,所必須做的是,揀選出此些細胞,進而離析出每一細胞的遺傳物質及排序shRNA。這能確認出,於抑制標的基因上,最有效能的RNA干擾觸發物。」

該團隊發現,就上述9個基因而言,對付每一基因的所有可能shRNAs,約僅2.5%能有效抑制活性。此方法的成就也意味著,科學家們可能不再需要仰賴,當前在斷言哪個shRNA最能起抑制任何已知基因之作用上,往往不精確的演算法(algorithms)。

Hannon宣稱:「目前,依然鮮少有關小RNA生源說(biogenesis)的瞭解。上述分析法業已使得人們能以先前不可行的規模來探索此過程。」分析上述2萬個shRNAs(特別是那些從標的基因已有效被抑制之細胞取得的)的科學家們業已揭露,深入上述過程的洞察力及徹底改善產生有效能RNA干擾觸發物的方法。Lowe宣稱:「就shRNA合乎邏輯的設計而言,他們的分析法賦予了人們強有力的架構。」

該項研究是由美國國家癌症研究所(the National Cancer Institute)及唐蒙帝紀念研究基金會(the Don Monti Memorial Research Foundation)所資助。

原文網址:New method powerfully boosts efficiency of RNA interference (RNAi) in shutting down genes
翻譯:peregrine | 本文轉載自PEREGRINE科學點滴

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「數」養生活就從今天開始!談談數學教育的跨領域思維 ft. 數感實驗室賴以威老師【科科聊聊 EP.58】

PanSci_96
・2021/09/24 ・2816字 ・閱讀時間約 5 分鐘

賴以威老師近年來不餘遺力的推廣數學教育,他與數感實驗室的團隊前進校園,設計好玩好學的國小實驗課、以身作則的舉辦教師研習、還配合國中課業需求推出必修課與題本,業務早已超過數感實驗室剛成立時的規模。一路走來雖然秉持一貫的教育理念,但在教育現場實現了多少?改變了什麼?本集泛泛泛科學邀請賴以威老師談談數學教育的探究、實作與跨領域思維!

不餘遺力地推廣數學教育的賴以威老師。圖/賴以威 提供
  • 02:03 數感實驗室的數學教育

數感實驗室」一開始是賴以威老師與太太 Stacy 於 2016 年成立的粉專,主要刊登數學文章,不過後來發現都是大人在看,粉專並沒有適合小朋友的數學教育,夫妻倆便著手開發好用、好學、好玩的數學課程,從知識切入,跨領域整合數學、科學、歷史、人文、藝術等領域。

延伸閱讀:數學風箏│巨大化,正四面體風箏!在家防疫DIY【數學實驗課】國小數學實驗課 秋季視訊班

開發好玩又好學的數學課程。圖/賴以威 提供
  • 05:50 以威老師如何做到跨域整合?

以威老師表示最原始的動力當然是興趣使然,除此之外還跟他在博士班培養出來的能力有關:研究方法、定義問題、找資料、實現概念,這些能力不僅限於研究,更一路演變成他後來從事科普的技能。下關鍵字、判別可信度、延伸搜尋、產生內容…這些都需要經驗累積。「只講科學不講故事很可惜」,他認為科普內容都要帶出科學背後的意義,所有科學事件都是一個故事,可以多面向探討,自然而然的做到跨領域。

  • 11:20 108 課綱期望學生達到的素養是否太強人所難?

以威老師坦承 108 課綱講求的探究活用精神是他到研究所才掌握的能力,這樣要求國高中生似乎其困難。但是以前的教學觀念不一定要蕭規曹隨,小孩能否學會什麼都是可以討論的,「探究活用」是看待知識的態度,的確有可能在國高中階段就學會。

延伸閱讀:數感盃

  • 16:12 我們該以什麼態度看待新課綱?

如果我們把新課綱定義為培養好奇心,為了滿足好奇心,學生必須主動探究知識,而不是被動學習。好奇心就是這個時代學習的重要因素。當課堂不再是知識的唯一管道,老師不一定得擔任教學角色,當老師必須做的事變少了,引導學生、培養好奇心、探究實作與活用顯得更重要。

老師不一定得擔任教學角色,引導學生、培養好奇心、探究實作與活用顯得更重要。圖/賴以威 提供
  • 18:21 實務上有這麼理想嗎?

在數感實驗室舉辦的教師研習中,團隊遇過非常積極的老師、也遇過只習慣過去教法而否定新教法的老師,賴以威覺得這都在所難免,數感只能做更多研習,讓更多老師認同教學理念,並提供材料幫助老師無痛轉換。而家長與孩童方面,偶而也會有人反應都沒算到數學題目,對新教法不甚理解,這些都需要慢慢溝通。參與新課綱的人很多:老師、家長、學生、政府、大學、民間團體…我們都需要勾勒出共同的理想。

  • 23:55 何謂「數感」?

團隊認為數感分成「察覺關聯」與「應用數學分析決策」兩個層次。對不熟悉的人來說還是要輔以大量舉例才有機會了解,對孩童來說得花更多時間領會。所以團隊鼓勵大家來參加數感實驗室的活動,從機器人輸入輸出的參數體會函數概念、蓋紙房子學習錐體柱體與建蔽率、還有這次的四面體風箏與曲線刺繡都是數感的一種!

追蹤:數感活動

孩童正製作的四面體風箏也是數感的一種!圖/賴以威 提供
  • 28:10 人人有數感

Uber 饗食方案划算嗎?集點卡可以省多少錢?股票會賺嗎?人們平日的決策過程都是數感的表現,但是很多人卻把自己會的數學當作常識,自己不會的數學當做數學。其實,只要有算就是數學,意識到更多生活方面都可以應用數學還可以幫助我們過更好的生活。當你不排斥其他領域,就能夠處理更多知識、解決更多問題。

  • 31:57 教學理念與升學表現的平衡

一昧在教學中強調好奇心又太過理想化,尤其國中生有升學壓力必須顧及學業表現。數感團隊也在拿捏,從強調好奇心的數學課向升學的方向靠攏。像是數感的國中課程就有許多建立數學情境的素養題目:講求平均值的區間測速、二十進位的瑪雅數字、正負數計算高鐵票價,這樣同時培養了探究實作的素養也搭配學校課程幫助課業表現。

延伸閱讀:不需要測速照相機就能抓超速?區間測速原理大解析- PanSci 泛科學

  • 38:13 數感實驗室的課程設計

數感實驗室目前堆出的課程有國小與國中兩種,國小數學實驗課以引發好奇心為主,國中必修課與生活情境連結幫助課業提升。

其中九年級非選實戰題考驗著把文字轉換為數學問題的能力,是學生最缺乏也最難教的,甚至很多高中生都還再學習。從這點來看,有老師認為七年級題本也可以給高中生做。當然數感也希望盡快開發出對應完整學程的課程讓所有學生直接使用。

另外題本也可視為科普文章,大人也可以寫喔。y 編回憶起學生時代的題目才發現都沒搞懂,因為以前的教學沒有連續的思維養成,希望現在的題本可以整合以前學習的片段知識。

  • 43:12 更多關於數感的資訊

追蹤數感實驗室官網,獲取精選文章、影片、課程與活動資訊、題本、還有賴以威老師親簽書籍喔!

節目的最後,以威老師也分享疫情期間的線上課程其實比較辛苦,但有些功能如軟體模擬、分組、Jamboard、延伸閱讀等等也是實體課程做不到的。另外線上課程不限地點皆可參加,連家人都可旁聽,這些特性都必須好好把握的。


泛泛泛科學 Podcast 這裡聽:


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