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科學家創造出DNA第5個「字母」

陸子鈞
・2014/05/08 ・1129字 ・閱讀時間約 2 分鐘 ・SR值 588 ・九年級

1.15179

超過半世紀以來,生物課本一定會提到DNA由四個「字母」組成:A、T、C、G,不過現在科學家成功將新的「字母」新增到細菌中,而且和「天然」DNA一樣,在實驗室中具有轉錄、轉譯的生物功能。

加州斯克里普斯研究所(Scripps Research Institute)的生物學家羅莫斯伯格(Floyd Romesberg)努力15年,終於創造出帶有人造DNA「字母」的細菌,他說:「我們現在有一個帶有更多遺傳訊息的活生生細菌」。相關的研究成果發表在這一期的《自然》期刊。

DNA的四個「字母」其實是四種不同的含氮鹼基(base):A-腺嘌呤(Adenine)、T-胸腺嘧啶(Thymine、G-鳥糞嘌呤(Guanine、C-胞嘧啶(Cytosine)。而且A與T配對,C與G配對,互補的兩股DNA就這樣編成完美的雙螺旋結構(如下圖)。要是能找到互補的兩種分子,並且像這四種鹼基一樣接在磷酸骨架上,理論上就能用新的「字母」寫出新的遺傳密碼。

dna-base

這個簡單的想法在華生、克里克發表DNA雙螺旋結構不久後,就有科學家提出。不過一直到了1989年,蘇黎世聯邦理工學院(Swiss Federal Institute of Technology)的賓勒(Steven Benner)才和研究團隊將修改後的胞嘧啶(C, Cytosine)植入活體細菌中,讓細菌得以複製帶有「新.胞嘧啶」的DNA。

然而羅莫斯伯格這次的研究成果,又比先前賓勒的「新.胞嘧啶」更稱得上是一個「新字」。研究團隊列出60種有望成為「新字母」的分子,從3600種配對中發現 d5SICS 和 dNaM 最有希望成功(如下圖),特別是這兩種分子又和既有的DNA複製 / 轉錄機制相容,在試管中能轉譯成RNA,也能夠複製。未命名-1

研究團隊讓這兩種分子合成在細菌質體DNA中,再將質體植入大腸桿菌(E. coli)。這段帶有「新字母」的DNA成功在細菌中複製還有轉錄,而且當細菌分裂時,還會帶著這段獨特的質體一起分裂。未來有可能找到更多能夠充當遺傳密碼「新字母」的分子,甚至整段DNA都不包含自然存在的A、T、C、G。

這項技術對遺傳工程來說,具有提高安全性的應用潛力。舉例來說,如果用來製藥的細菌使用人工「新字母」,那麼當細菌逃逸出實驗室,也會因為在自然界中得不到人造的「字母」,缺乏原料而無法複製繁殖。

羅莫斯伯格的研究團隊正在嘗試「寫出」更多胺基酸「單字」。目前已知的生物都是三個字母為一組「密碼子」(codons),轉錄/轉譯出胺基酸,有了新的「字母」,就有機會設計出能夠轉錄/轉譯更多胺基酸的生物。潛在的應用像是設計出精準毒殺癌細胞的胺基酸來治療癌症,或者具有螢光反應的胺基酸讓科學可以追蹤細胞。

 

參考資料:First life with ‘alien’ DNA. Nature News [07 May 2014]

研究文獻:Malyshev, D. A. et al. Nature http://dx.doi.org/10.1038/nature13314 (2014).

文章難易度
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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提早部署「免疫負債」!接種流感疫苗,有助於降低新冠肺炎死亡率

careonline_96
・2022/01/20 ・2436字 ・閱讀時間約 5 分鐘
接種流感疫苗,有助降低新冠肺炎死亡率,感染科醫師圖解說明

新冠肺炎 COVID-19 疫情是大家高度關注的問題,不過流感病毒可沒有沉寂,流感會不會出現大反撲,是目前全世界都很關心的議題。臺大兒童醫院黃立民院長表示,流感疫情與邊境管制措施有關,隨著政策的調整,流感再流行的機會相當大。因為已經兩年沒有流行,加上監視結果顯示,流感病毒株已經改變,所以當流感疫情升溫,可能出現大流行。

大家常聽到的「免疫負債」意思就是說,大家為了預防新冠肺炎 COVID-19,所以會戴口罩、勤洗手、保持距離,使得呼吸道感染、腸胃道感染的機會降低,因此一些本來容易得到的傳染病,例如流感、腸病毒等在這兩年都少了許多。黃立民醫師解釋,造成的結果就是,一旦解除防疫限制,民眾開始不戴口罩、洗手頻率減少、社交距離拉近,其他病毒就會開始流行。由於已經連續兩年都較少人感染,可以感染的人數就會變多,這個時候就容易爆發流行,把過去兩年沒有爆發的流行補回來,所以叫做「免疫負債」,像是還債的概念。

「包括法國、紐西蘭,都有觀察到這個現象,一開放邊界,就馬上大爆發」黃立民醫師提醒,「要解決免疫負債,就是要大家趕緊去打疫苗。冬天需要施打的呼吸道疾病疫苗,最強調的還是流感疫苗。」

流行性感冒病毒(Influenza virus)是經由飛沫傳染,感染者的鼻咽部、口腔、還有呼吸道都有病毒,在講話、咳嗽、打噴嚏時,會把病毒噴到環境裡,黃立民醫師說,如果距離一到兩公尺之內,就有機會被飛沫噴到而感染;另外一個模式,叫做媒介物傳染,感染者會污染他的物品,例如杯子、桌面、門把等,如果有人進入這些環境,就可能碰觸病毒而遭到感染。我們生活在城市裡,流感患者可能搭捷運、進餐館,所以扶手、椅子、桌子都可能有病毒,這種傳染模式在大城市相當常見。

流感症狀較嚴重,不同於一般感冒

呼吸道感染可分成兩種,一種叫做一般感冒,一種叫做類流感,黃立民醫師解釋,一般感冒比較輕微,類流感會比較嚴重。類流感的定義,第一個是發燒,第二個是有呼吸道症狀,比如說咳嗽、流鼻水、喉嚨痛等。

類流感跟一般感冒最大的差別就是發燒,成年人得到一般感冒通常不會發燒,如果發燒了,代表狀況比較嚴重,黃立民醫師說,台灣的類流感通常都會伴隨著一些比較不舒服的表現,包括畏寒發燒、全身痠痛、倦怠感、劇烈頭痛、腰酸背痛,這些都是流感的典型症狀。

流感不同於一般感冒

流感除了讓人全身很不舒服外,還可能出現嚴重併發症,黃立民醫師說,流感病毒會跑到肺部引起肺炎、跑到心臟造成心肌炎、跑到腦部造成腦炎,其中最常見是肺炎。流感病毒還可能引起繼發性細菌感染,例如在感染肺部以後出現細菌感染。

「由於流感病毒會攻擊我們的組織,造成全身發炎,進而導致患者原有的慢性病惡化」黃立民醫師說,「例如心臟冠狀動脈本來塞了 75%,得到流感之後可能就會塞到 95%,導致心肌梗塞。無論是慢性心臟病、高血壓、糖尿病、慢性腎臟、肝臟疾病,都可能會惡化,甚至導致死亡。」

預先部屬,預防流感

預防流感就跟預防新冠肺炎 COVID-19 一樣,要戴口罩、勤洗手、保持社交距離,減少接觸病毒的機會,黃立民醫師說,另一方面可以在每年冬天施打流感疫苗,提升身體的保護力。因為流感病毒會突變,每一年流行的病毒株都不太一樣,而且流感疫苗的保護力持續時間較短,一般認為大概三、四個月之後效果就漸漸變差了,所以每年需要重新施打。

預先部屬,預防流感

呼吸道感染發生時常常是兩、三種病原體一起感染,黃立民醫師說,隨著檢驗工具的進步,我們會發現很多人並非只有一種細菌或病毒,而是多重感染。研究發現,新冠肺炎患者亦會同時找到兩種病原,流感與新冠肺炎可能同時感染,而且病情還會加重。

「研究指出,施打過流感疫苗,比較不會被診斷新冠肺炎 COVID-19;而且如果不幸得到新冠肺炎,死亡率也會降低。」黃立民醫師解釋,「因為很多新冠肺炎屬於輕症,如果患者單獨得到新冠肺炎,症狀可能不甚嚴重,而不會就醫。但如果同時得到新冠肺炎和流感,症狀比較嚴重使就醫機率高,也就較容易被診斷出來。」

其實不只流感病毒、新冠肺炎,呼吸道本來就是一個開放的環境,還有多種細菌、病毒都混在裡面,同時遭到兩、三種感染,是很常有的狀況。因此建議可同時接種呼吸道疾病疫苗,例如流感疫苗、百日咳疫苗、肺炎鏈球菌疫苗等,都可降低新冠肺炎死亡率約兩成至三成。

貼心小提醒

五十歲以上,或者是有慢性病,例如心臟病、肝病、癌症、或是服用免疫抑制劑的患者,得到流感時出現重症的機會較高,一定要記得施打流感疫苗,提高保護力。另外,家人之間的傳播是流感病毒很重要的傳染模式,學生是傳播流感病毒的重要族群,所以也需要施打流感疫苗。

黃立民醫師強調,接種疫苗後需要一段時間身體才能產生保護力,建議大家要在流感疫情升溫前趕快施打疫苗!

careonline_96
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