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再生的主要機制?

only-perception
・2012/09/19 ・1207字 ・閱讀時間約 2 分鐘 ・SR值 473 ・五年級

2017/4/20編按:臉書貼文是根據 4/19 在ptt上關於「Re: [問卦] 沙威瑪肉被削光會扔掉嗎?」中相關討論的延伸,在而臉書上修改了文章原本的標題,開了個小小的玩笑,實際內文為動物再生機制的討論。也希望藉此可以引起大家對於動物再生知識的興趣。

沙威瑪其實是將調味過的肉交疊堆積在棒子上所組成的,在肉烘烤的時候會慢慢旋轉並且切下來食用。沙威瑪「曾經」是動物,但當牠變成沙威瑪之後既不會再生也不會咬人囉,請大家放心食用。

蠑螈 photo source:pixabay
蠑螈      photo source:pixabay

生物學家長久以來對於某些動物重新長出失去的那一部身體的能力感到驚訝不已。例如蠑螈(Newts),能失去一條腿並長回一條與原本一樣的新腿,斑馬魚(Zebrafish)能重新長出鰭,這些動物也能修補受損的心組織與眼中受傷的結構。

相較之下,人類只有基本的再生能力,因此希望最終能發展出修補或取代受損身體部份方法的科學家,對於榮螈和斑馬魚詳細理解再生的過程如何作用十分熱衷。

密西根大學的研究者將斑馬魚作為模式動物,已在不同類型的組織中發現部份相同的基因構成此過程的基礎。他們發現,涉及魚鰭再生與心臟修復的基因,也是斑馬魚重建眼睛裡受損的光受體所需的基因;這暗示著不管身體的那一部份受損,都有一種共同的分子機制引導這種過程。

分子、細胞與發展生物學系畢業生 Zhao Qin,在 2012/10/19 於芝加哥舉行的 Society for Neuroscience 年會上發表這項研究。論文發表在 PNAS 期刊,共同作者為教授暨系主任 Pamela Raymond 以及研究實驗室專家 Linda Barthel。

研究者將斑馬魚短暫地暴露在強光下,摧毀其眼中的光受體,如同陽光傷害人眼一樣。但與人類不同的是,人眼如果損害的太嚴重的話會導致盲目,而斑馬魚則會以新的神經細胞(神經元)修補損傷。

這些新細胞打哪來? U-M 研究者懷疑,它們來自視網膜內一種稱為 Muller glia(米勒神經膠質細胞)的細胞,已知有能力成為神經細胞。同時,在 Raymond 實驗室內另一位畢業生的先前研究中,證實這種懷疑。

在目前的研究中,Qin 想要尋找是何種東西刺激 Muller glia 開始再生過成。為了了解此問題,她從已受損、再生中的斑馬魚視網膜中,以及未受損的斑馬魚視網膜中觀察 Muller glia 的基因表現模式,看看二者之間的基因表現有何差異。

「當然,我發現許多基因 — 總共有 953 個,」 Qin 說,「但其中二個格外有趣。」hspd1mps1,這二種基因在其他研究中已發現,為斑馬魚修補受損的魚鰭及心臟再生所需,而 Qin 的研究證明,它們亦在受損斑馬魚視網膜中的 Muller glia 內被開啟。

「這表示,」Raymond 提到,「雖然我們尚未完全理解它,但這裡也許有個更龐大的分子程式,不僅有這兩種基因,而是有一堆協同作用的基因,為損傷觸發式(injury-triggered)再生所需。」

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only-perception
153 篇文章 ・ 1 位粉絲
妳/你好,我是來自火星的火星人,畢業於火星人理工大學(不是地球上的 MIT,請勿混淆 :p),名字裡有條魚,雖然跟魚一點關係也沒有,不過沒有關係,反正妳/你只要知道我不是地球人就行了... :D


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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》