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科學家公布致命禽流感病毒株研究細節

陸子鈞
・2012/06/29 ・1320字 ・閱讀時間約 2 分鐘 ・SR值 549 ・八年級

科學家發現五處遺傳變異能使禽流感病毒成為致命的傳染病。這項發表在《科學》(Science)的研究指出,理論上,這些遺傳變異能在自然情況下發生。

美國政府曾試圖阻止致命禽流感病毒株的相關研究細節發表(參考:<科學期刊該描述科學家是如何製造致命感冒病毒嗎?>及<有效應對禽流感需要科學開放性>),避免製造病毒的技術會被恐怖份子運用到生化武器上。

主持這項研究,荷蘭伊芳拉茲馬斯醫療中心(Erasmus Medical Center in the Netherlands)的教授榮‧費奇(Ron Fouchier)認為,完整公布研究細節能讓科學社群更極盡所能阻止禽流感大規模爆發的可能。

費奇在接受BBC新聞採訪時表示:「我們希望能了解病毒如何造成大流行,進而規劃防治策略以避免疫情發生。」他補充到,這項研究還能加速疫苗和藥物的開發,阻止禽流感在人類族群間迅速傳播。

禽流感病毒對人類來說雖然致命,但目前只可能因為過於接近染病的禽鳥而感染禽流感,因此只有少數死於禽流感的案例。據世界衛生組織的統計,從2003年至今只有332人因為禽流感死亡。衛生部門官員認為H5N1有一天會突變成能藉由飛沫(打噴嚏或咳嗽)在人群裡傳播。他們擔心,當這天到來,禽流感會快速感染全世界,使上百萬人死亡。

費奇的研究團隊希望找出是哪段遺傳變異,使禽流感病毒能夠透過飛沫在人群中散佈,所以他們比較禽流感病毒和流行感冒病毒的遺傳結構,發現五處關鍵的差異,研究人員合理推測這是使病毒能夠在空氣中傳播的必要突變。接著,研究團隊誘使H5N1病毒突變,並感染雪貂(作為感冒病毒研究的實驗動物),證實了他們的推測。

另一組來自劍橋大學,由史密斯(Derek Smith)教授領導的研究團隊,則想了解這突變是否會在自然情況下發生。他們檢驗了3,000株來自鳥類,及400株來自人類的病毒的遺傳結構後,發現兩處關鍵的突變使病毒能夠在空氣中傳播。數學模擬也顯示,這兩處突變發生後才有可能進一步發生另外三處的突變,使病毒得以全境擴散。

史密斯認為,還需要更多的資料才能了解病毒突變的可能性,以及病毒如何在人類間傳播,不過他說:「這是很難解的謎題,現在我們能作的就是排出研究主題的優先順序。目前可以確定的是,突變成能在空氣中傳播的病毒株尚未出現。」

還有一組由河岡義裕(Yoshihiro Kawaoka)主持的禽流感研究團隊,今年五月也發表了相關的研究在《自然》(Nature)。去年十一月,《自然》和《科學》兩本期刊出版社都被美國國家生物安全委員會(National Science Advisory Board for Biosecurity, NSABB)要求修改研究中敏感的細節,委員會認為相關技術資訊會被恐怖分子應用於發展生化武器。

期刊出版社和研究團隊也曾苦思該如何編修內容,讓研究細節只在「好人科學家」社群間流傳。

當然不可能辦到,費奇說:「你無法在學術領域和這麼多人分享資訊卻又保持機密。」《科學》的主編艾柏特博士(Bruce Alberts)認為,發表在兩期刊的研究報告,比起淪為恐怖分子的不當使用,更能有效讓需要這些資訊的正派科學家們使用,可說是一把「雙面刃」(Dual Use Research of Concern, DURC)。

不過費奇教授也不確定這把雙面刃是否能有效運作,是否適當。他說,科學家需要免費獲得這些禽流感病毒研究的相關資訊,使廣泛的科學社群得以建立研究。

資料來源:BBC News: Bird flu ‘could mutate to cause deadly human pandemic’ [21 June 2012]

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陸子鈞
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Z編|台灣大學昆蟲所畢業,興趣廣泛,自認和貓一樣兼具宅氣和無窮的好奇心。喜歡在早上喝咖啡配RSS,克制不了跟別人分享生物故事的衝動,就連吃飯也會忍不住將桌上的食物作生物分類。


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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》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》