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人工組裝合成的生命

科景_96
・2011/02/09 ・1379字 ・閱讀時間約 2 分鐘 ・SR值 585 ・九年級

Original publish date:Nov 19, 2003

編輯 Gene 報導

分子生物學家研發出新技術,能夠在短短的兩週內,從頭開始組裝合成一個完整的病毒。

Celera公司的前總裁,富爭議性的基因組研究先驅Craig Venter,領導了一個研究小組,研發出一個新技術,能夠相對簡易地快速裝組大片段DNA。這個計劃是由美國能源部贊助的,主要目的是為了訂作能夠吸收二氧化碳、製造氫氣和分解污染物的微生物。而他們這個不會申請專利的技術,也能夠加速基因療法、疫苗研究和農業生技等需要應用到大片段DNA的生物科技之研究。

然而這個技術恐怕也會讓恐怖分子很開心,因為製造駭人的生物武器也將會更輕易。這個研究工作發表在二月份和其他期刊達成協議以自我約束生物武器等敏感話題的Proceedings of the National Academy of Sciences上。可是PNAS的總編輯Bridget Coughlin卻認為,此例不在限制之內,因為經過了許多考量和討論,他們最終同意這是非常不凡成就。

Venter的小組利用新技術合成了一種噬菌體的基因組,他們並不是第一個從頭開始合成病毒的小組,紐約州立大學石溪分校的Eckard Wimmer等人去年就合成了小兒麻痺病毒。他們是煞費苦心地把寡核甘酸一個個排列成病毒的基因組,這個過程歷經了數年,雖然Wimmer宣稱他們只搞了幾個月。

可是生物能源替代物研究所的Venter等人以及北卡大學教堂山分校的1978年諾貝爾生醫獎得主Hamilton Smith等人卻能在半個月內利用更少的步驟合成出噬菌體phi-X174。而該噬菌體的基因組大小是5,300多個鹼基,和小兒麻痺病毒的7,500多個鹼基相比,大小差不多。Wimmer說他被深深地打動,如果他要重來一次,他一定會選用他們的方法。

Venter等人先合成短的單股DNA,接著把它們放在一起,各股含有重疊的區域,最後利用改良過的PCR把整個基因組的雙股DNA合成出來。他們製造出的DNA能夠在細菌裡複製,並且產生新的感染性病毒顆粒。

Venter指出,這樣的進展是令他十分興奮的,他還打算從頭組裝出一個有最少基因數的單細胞生物。如此需要組裝出一個含有300多個基因的人工染色體。他們將會把60個噬菌體基因組大小的DNA片段粘貼起來。可是這個方法並不保證人工染色體將會順利地合成出來,因為他們的方法仍有缺失,因為這技術會產生一些突變,除非他們另想辦法來修正錯誤。而且,要把一條人工染色體塞進細胞裡讓它能工作,還有一番苦工要做。

原學術論文:
Smith, H. O., Hutchison, C. A., Pfannkoch, C. & Venter, J. C. Generating a synthetic genome by whole genome assembly: PhiX174 bacteriophage from synthetic oligonucleotides. Proceedings of the National Academy of Sciences, in the press, (2003).

參考來源:

相關連結:

本文版權聲明與轉載授權資訊:

  • [Oct 27, 2010] 海洋巨大病毒的基因體
  • [Jul 18, 2007] 細菌基因組異種轉殖成功
  • [Oct 22, 2004] 病毒界大怪物的基因組
  • [Oct 29, 2003] 基因組建立的生命之樹
  • [Oct 29, 2003] 狗狗基因定序!
  • [Aug 18, 2003] 光合基因組定序
  • [Dec 24, 2002] 從老鼠到我們之路--比較基因組學之研究
  • [Dec 13, 2002] 從海鞘到我們之路--比較基因組學之研究
  • [Oct 27, 2002] 基因定序,一天!
  • [Apr 24, 2001] 實驗室裡創造出的合成生命
  • [Jul 03, 2000] 基因組之爭已告落幕


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    Paxlovid能有效降低死亡風險嗎?COVID-19口服藥現況

    台灣科技媒體中心_96
    ・2022/05/17 ・2421字 ・閱讀時間約 5 分鐘
    示意圖/envato elements

    今年四月台灣宣布將走向「重症清零,輕症管控」:非放任病毒肆虐式「與病毒共存」(living with covid-19) 的控管疫情策略。 若需要達到「重症清零,輕症管控」的目標,醫療人員的支援與 COVID-19 藥物的使用,將是關鍵手段,對於感染後容易導致重症的個案,也需要有抗病毒藥物來治療或預防惡化

    目前有哪些治療新冠肺癌的藥物?

    目前首度獲得美國 FDA 許可的抗新冠藥物「Remdesivir」 (瑞德西韋),是透過抑制病毒的 RNA 合成酶達到藥效。美國 FDA 更在近期批准,注射液劑型的 Remdesivir 適用於「出生 28 天及以上、至少 3 公斤」的嬰幼兒染疫患者,成為首款嬰幼兒的新冠療法

    然而注射液劑型需要專業的打針技術,並非一般民眾可居家自行使用,因此抗新冠口服藥物的開發,各國一直都很重視。現行已通過美國 FDA 緊急使用授權(EUA)的抗新冠口服藥物,有輝瑞公司研發的「Paxlovid」,以及默克(或稱默沙東)公司研發的「Molnupiravir」(莫納皮拉韋)

    而 Paxlovid 是由 Nirmatrelvir(奈瑪特韋)和 Ritonavir(利托那韋)兩種藥物所搭配使用,其中 Nirmatrelvir 主要作用是抑制新冠病毒的 Mpro 蛋白酶活性,進而干擾病毒的複製,達到抗病毒的效果。而 Ritonavir 則是能延長 Nirmatrelvir 在人體內的血中濃度,透過抑制人體內正常酵素 CYP3A4 酵素活性,避免 CYP3A4 快速將 Nirmatrelvir 代謝掉,而失去 Nirmatrelvir 該有的藥效。

    這兩個藥物所構成的 Paxlovid 好像一對好夥伴互相協助,成為具有高效力的口服抗新冠藥物

    Paxlovid 能有效降低死亡風險?

    Paxlovid。圖/ Kches16414 , CC BY-SA 4.0

    根據文獻指出,Paxlovid 能降低 COVID-19 感染後的 85-89% 住院或死亡風險,是目前對抗新冠肺炎最佳的選項之一。《新英格蘭醫學期刊》(NEJM)期刊於上個月發表最新 Paxlovid 臨床試驗的研究報告:「Oral Nirmatrelvir for High-Risk, Nonhospitalized Adults with Covid-19」證實,使用 Paxlovid 治療未施打疫苗且有症狀的 Covid-19 患者,能將 Covid-19 的重症風險降低 89%,且藥物的安全性在臨床上可接受,且沒有明顯的安全問題。

    不過,此研究個案限於未施打疫苗者,而目前大多數人已經接種過新冠肺炎疫苗,情況略有不同。已有將此藥使用於已施打過疫苗者的研究正進行中,但若在未施打者有幫助,對於施打過疫苗而可能具有部分保護力的人,推測仍應會有治療效果,此研究是在症狀出現三天內給藥得到良好的效果,至於再晚一些時後才給藥,就沒有數據可參考。

    但需要注意的是,有在服用其他藥物的患者(如:降血脂、抗腫瘤藥或神經精神藥物等),若服用 Paxlovid 會影響 CYP3A4 的作用,可能也會改變其他藥物的作用效果,若藥物在血中濃度無法被安全控制,往往對病情有負面的影響。因此服用 Paxlovid 需要有專業醫師的評估並開立處方簽才能使用,民眾無法自由服用

    Paxlovid 需要有專業醫師的評估並開立處方簽。圖/envato elements

    Molnupiravir 口服藥的表現又是如何?

    病毒在複製的過程當中,往往需要大量的核糖核苷(ribonucleoside),作為合成新的病毒所需要的材料。而 Molnupiravir 口服藥,是一種「核糖核苷類似物」,也就是病毒在複製所需要的「冒牌」材料,透過這樣的方式干擾病毒的複製過程,進而阻止病毒的繁殖

    Molnupiravir 不會像 Paxlovid 去影響到其他藥物在體內的作用,然而這些核糖核苷類似物在人體細胞進行複製的時候也會使用,所以可能具有誘導基因突變的風險

    雖然一般來說,口服 Molnupiravir 的療程只有 5 天,在這樣的時間周期來說,對一般成人造成基因突變的風險是很低。但是,Molnupiravir 對於胎兒或哺乳中的嬰兒,風險就顯得高出許多。所以,Molnupiravir 在默克公司的官方網站有聲明,不建議孕婦及哺乳中的女性服用

    此外,根據新英格蘭醫學期刊在今年三月的報告中,發現將 Molnupiravir 用於非住院的新冠患者治療中,僅僅將高危新冠患者的住院和死亡風險降低了 30%,低於早前估計的 50%。

    Molnupiravir 不建議孕婦及哺乳中的女性服用。圖/envato elements

    「老藥新用」的開發策略

    環顧目前的抗新冠藥物,大都是利用「老藥新用」(drug repurposing)的藥物開發策略,才能在這麼短的時間達到如此的成就。「老藥」是指已被核准做為臨床使用的藥物,「新用」則是指由原來已核准的藥物中發現新的適應症用途或是新的用法。

    老藥的好處就是其藥物臨床前的數據都已經被建立,其中包含藥理實驗、藥物動力學、代謝途徑、副作用等,這些數據對藥物開發相當重要。

    在目前這些新冠藥物中,瑞德西韋一開始是用來開發對抗伊波拉病毒,而 Paxlovid 中的 Nirmatrelvir 原先用以治療愛滋病,此外 Molnupiravir 則是為了治療流感。這樣的成功經驗相信能提供政府與學者參考,期望台灣開發新冠藥物有亮眼的成績,也讓我們未來在對抗 COVID-19 疫情當中有更好的手段。

    引用文獻

    1. Hammond, Jennifer, et al. “Oral nirmatrelvir for high-risk, nonhospitalized adults with COVID-19.” New England Journal of Medicine 386.15 (2022): 1397-1408.
    2. Coronavirus (COVID-19) Update: FDA Approves First COVID-19 Treatment for Young Children
    3. Coronavirus (COVID-19) Update: FDA Authorizes First Oral Antiviral for Treatment of COVID-19
    4.  Coronavirus (COVID-19) Update: FDA Authorizes Additional Oral Antiviral for Treatment of COVID-19 in Certain Adults
    5. Hammond, Jennifer, et al. “Oral nirmatrelvir for high-risk, nonhospitalized adults with COVID-19.” New England Journal of Medicine 386.15 (2022): 1397-1408.
    6. Cox, Robert M., Josef D. Wolf, and Richard K. Plemper. “Therapeutically administered ribonucleoside analogue MK-4482/EIDD-2801 blocks SARS-CoV-2 transmission in ferrets.” Nature microbiology 6.1 (2021): 11-18.
    7. Jayk Bernal, Angélica, et al. “Molnupiravir for oral treatment of Covid-19 in nonhospitalized patients.” New England Journal of Medicine 386.6 (2022): 509-520.

    臨床試驗

    • EPIC-HR: Study of Oral PF-07321332/Ritonavir Compared With Placebo in Nonhospitalized High Risk Adults With COVID-19(NCT04960202

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