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用海量資料打敗癌症!

吳京
・2014/11/06 ・1733字 ・閱讀時間約 3 分鐘 ・SR值 543 ・八年級
Credit: MIKI Yoshihito vua Flickr
Credit: MIKI Yoshihito vua Flickr

「海量資料」(Big data,又稱大數據)可說是目前科學(技)界的當紅炸子雞,幾可和「3D列印」、「穿載科技」、「雲端」等名詞併列科學新聞的F4。(話說十年前最火紅的科學名詞是「奈米科技」,如今仍是熱門的研究領域,卻已不受媒體青睞。)

「海量資料」會紅也不是沒有原因的,Facebook每天跟你說「你可能認識的朋友…」、購物網站告訴你「買了這個東西的人也買了….」或顯示地方的媽媽們需要什麼等等,背後都有海量資料在解算,來自以色列的研究團隊還用海量資料來對抗癌症呢!

現代人罹癌的風險高,卻苦無有效的療方。現行的治療方法,不論是傳統化療、放射性治療或是靶標藥物,都如七傷拳一般,傷敵一千、自損八百,即便消滅了癌症,身體也難以回到原本的健康狀態。如何只殺死癌細胞而不影響身體的正常細胞,仍然是個夢想。一個以色列團隊的最新研究,把這個夢想往現實拉近了一大步,研究成果發表在生物學界知名的期刊《Cell》上,有趣的是,主要的研究人員都跨足了資訊工程的領域,因為他們用來對抗癌細胞的工具是「海量資料」的分析技術。

此研究利用一種被稱為「合成致死」(Synthetic lethality)的基因對,意指一對相對應的基因,若二者同時處於去活化狀態(inactive),則細胞就無法存活。但只要其中一個基因是活化狀態(active)[註],即便另一個去活化,細胞仍為正常存活。很像我們蘇花公路的雙向單線路段,若一線道封閉,管制一下還是可以通車,雙向皆封,路就不通了。

(奇怪的是科學家怎麼會把一個專業名詞取做「合成致死」這種像二流科幻片的字眼呢?取做「二槍斃命」如何?至少可以從二流的科幻片變成不錯的動作喜劇片。)

由於癌症與先天的基因缺陷或後天的基因突變有很大的關聯,往往可在癌症細胞內發現去活化的基因,相同的基因在正常細胞內則處於活化狀態,此時若以藥物手段抑制該基因的「合成致死」配對,就可達到只殺死癌細胞而不影響正常細胞的療效。

人類的基因組多達20000~25000組,加上基因活化/去活化的變數,產生更多的排列組合可能,來自各個實驗及臨床的數據形成了「海量資料」,要如何從這「海量資料」中分析出合成致死的基因對,就是本研究的主要課題。

如果二個基因是「合成致死」對,同時處於去活化狀態,那麼攜帶這對基因的細胞就已被「致死」了,相關的數據不會被納入這個海量資料庫內,所以研究團隊採取反向的操作:首先,在細胞內同時去活化的基因們,彼此間一定不是合成致死對,可以將之排除;再來,研究團隊比對暨有的shRNA資料庫(shRNA會抑制基因活化),可做進一步的篩選;最後,利用合成致死基因對的另一個特性:當他們處處活化狀態時,常常會同時進行產出蛋白質的動作,稱做基因共表現(coexpression),研究人員得以找出合成致死基因對的候選人。

這些以數據分析找到的合成致死基因對與已知的合成致死基因比對,有高度的相符。

一位關鍵的研究人員在酒醉後接受訪問時表示:「原本我想找到我跟老婆吵架的原因,因此將會讓她生氣的行為當作資料庫進行分析。這個研究後來失敗了,因為會讓老婆生氣的變因太多,而且還是時間的函數。不過當時開發的軟體,意外地適用於分析合成致死基因對的資料庫。」(誤)

研究團隊同時指出,某些用於治療其他疾病的藥物,其實有抑制部份基因活化的作用,若該基因與癌細胞內的去活化基因為合成致命組,那麼這些藥就有用於治療癌症的可能。

這個研究成果也開發出一片「舊藥新用」的藍海!(舊藥已通過臨床測試,所以發現舊藥物的新用途比之開發新的藥物,節省了許多成本。)

[註]:活化的基因代表會有「基因表現」(gene expression)。而基因表現的解釋為基因中的DNA序列生產出蛋白質的過程。步驟大致從DNA轉錄成mRNA開始,一直到對於蛋白質進行後轉譯修飾為止。

基因的表現,首先需要將遺傳資訊從DNA上轉錄至信使RNA,然後再通過轉運RNA轉譯成蛋白質。 圖片及文字來源:wikipedia
基因的表現,首先需要將遺傳資訊從DNA上轉錄至信使RNA,然後再通過轉運RNA轉譯成蛋白質。
圖片及文字來源:wikipedia

參考資料:

  1. Science Daily “Innovative algorithm spots interactions lethal to cancer.” 03/09/2014
  2. Livnat Jerby-Arnon et al. “Predicting Cancer-Specific Vulnerability via Data-Driven Detection of  Synthetic Lethality“, Cell 158, 1199–1209, 2014.

本文轉載自作者部落格吳京的量子咖啡館

文章難易度
吳京
26 篇文章 ・ 2 位粉絲
正職是二個娃兒的奶爸,副業為部落格《吳京的量子咖啡館》之館主。為人雜學而無術、滑稽而多辯,喜讀科學文章,再用自認有趣的方式轉述,企圖塑造博學又詼諧的假象。被吐嘈時會辯稱:「不是我冷,是你們不懂我的幽默。」


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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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