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在太空仍是如魚得水般自在的蟲蟲

臺北天文館_96
・2012/07/19 ・1011字 ・閱讀時間約 2 分鐘 ・SR值 504 ・六年級

 

太空人從太空返回地球之後,常會因曾長期處在無重力狀態和暴露在太空高輻射環境而導致身體覺得虛弱或不舒服。不過,新研究顯示:被人們視為「低等生物」的蟲蟲,可沒這個問題。

歐洲太空總署(ESA)太空人André Kuipers第一次於2004年時登上國際太空站(International Space Station,ISS),當時並曾攜帶一些微小的秀麗隱桿線蟲(學名:Caenorhabditis elegans)跟著他一起上太空。這種線蟲長度僅有1mm,為多細胞真核生物,一般溫度恆定的土壤環境中即可生存,且生命週期短,已獲得完整的基因圖譜,常使用在遺傳調控的生物研究中。

一組由美、日、法、加拿大等國科學家組成的研究小組,對秀麗隱桿線蟲在太空當中會如何反應相當有興趣。從Kuipers的實驗中,科學家發現太空蟲蟲的肌肉中,有毒蛋白質含量比在地球上還低,並沒有任何的不適症狀。這個結果讓這些科學家更感好奇,進一步研究後,發現秀麗隱桿線蟲的基因中有7組基因在太空當中比較不活躍,換言之,在ISS裡生活,會阻止某些特定基因正常工作;而這些基因不正常工作的狀態下,秀麗隱桿線蟲反而過得更好。

  如果在實驗室中,將這些基因「關掉」,結果會如何?這些研究者驚訝的發現,少了這7組基因的幫忙,秀麗隱桿線蟲和在太空當中一樣,活的比較久、比較健康。研究者之一的Nathaniel Szewczyk表示:在太空當中,肌肉通常會萎縮;然而從秀麗隱桿線蟲的研究,顯示肌肉其實是在適應太空環境,而不是被迫改變。因此,和大家的直覺不同,在太空中的肌肉狀況,其實比在地球上還好;所以,搞不好太空飛行可以減緩人體老化的速度。人類基因中,約有55%與秀麗隱桿線蟲相同,所以,這些科學家下一步的研究主題,就在於探索人類肌肉在太空飛行過程中的反應。

André Kuipers於7月1日完成他的第二次ISS任務,並著陸在哈薩克草原。這次任務所攜帶的研究用蟲蟲數量多於第1次,不過除了蟲蟲之外,André Kuipers這位太空人本身也是研究的對象。在他任務之前,這些科學家已經從他腿上取得一小塊肌肉進行分析研究。在經歷6月個太空飛行生活之後,科學家們迫不及待的想知道他的肌肉有何變化。和André Kuipers帶上ISS的蟲蟲不同,這位太空人被允許在回到地球後休息數週,這些科學家才會再去找他取得肌肉樣本來進行研究。所以,到底太空飛行會不會延緩老化速度,數週後才見分曉。

資料來源:The worm that feels at home in space[2012.07.11]

轉載自台北天文館之網路天文館網站

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臺北天文館_96
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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_96
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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》