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加國研究者破解藥用植物的遺傳密碼

only-perception
・2011/09/17 ・1000字 ・閱讀時間約 2 分鐘 ・SR值 548 ・八年級

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來自加拿大各處的研究者已確認一大群藥用植物(medicinal plant)物種的基因組成,並且將這些遺傳密碼上線,開放給科學家與公眾存取。

一個全國性的研究小組,由 Calgary 大學的 Dr. Peter Facchini 以及  Concordia 大學蒙特婁分校的 Dr. Vincent Martin 所領導,揭露 75 種植物物種的遺傳藍圖,那在製藥、天然保健產品、食物以及化學工業均有潛在應用。先前,科學家們只將焦點放在非常少量的植物物種上。

“那些產生大量重要且貴重之天然產物的植物,其遺傳資訊之公共資源的創造在我們的計畫中是一個重要的里程碑,” Facchini 表示,Calgary 大學生物科學教授,以及 PhytoMetaSyn Project 的共同領導者。該計畫始於二年前,且涉及來自加拿大境內各大學與研究單位的科學家。

“我們正完成近 75 種植物物種的遺傳密碼分析,在結果出爐後使它們可在線上存取,同時希望在 2012 年二月底能把所有的資料都放到我們的入口網站上。目前 75 物種裡有超過一半已經可在我們網站上存取了。”

此計畫的網站是 www.phytometasyn.com

植物包含由其獨特基因編碼而成的特化酵素,那使它們成為藥性、味道、香味、色素、殺蟲劑以及其他化學物質的高效率製造者。這些化合物當中有許多仍是從植物本身商業化生產。能存取這樣的遺傳資訊對其研究而言是關鍵的一面,其目標是發展在酵母這樣的微生物中重現植物路徑的技術。

在自然界中找不到的新化合物:

合成生物學,一如其名,也有潛力結合來自不同植物的基因,藉此創造出不存在於自然界的化合物。例如,Facchini 突破性的基因發現,那允許罌粟製造 codeine(可待因)與 morphine(嗎啡因),致使能在藥廠製造有效的鎮痛劑,或創造出僅製造更有價值之 codeine 的植物。其他被研究的物種具有各種醫療應用,範圍從抗斑劑、除疣膏到抗發炎與抗癌治療。

“那種本質的基因組資訊以及規模是合成生物學家的藏寶庫,” PhytoMetaSyn 共同領導者 Vincent Martin 表示,Concordia 生物系的一位教授。”那提供許多基因或部件的存取,這些部件可在工業規模下,用於製造分子。”

此計畫也包含一個團隊,觀察此科學對於道德、經濟、合法性以及社會的衝擊。”一個有趣的問題是,誰實際擁有這種遺傳資訊?” Facchini 問道。”我們將其公開釋出,是因為我們覺得那屬於每一個人。我們發現它,但我們並未發明它。”

Dr. Tania Bubela(來自 Alberta 的公衛系)在 PhytoMetaSyn Project 中研究關於合成生物學的道德問題。”如同所有新的研究領域,維持公眾與管理者的信任是關鍵,” Bubela 說。”科學家在早期階段所做的事將決定未來方向。”

資料來源:PHYSORG: Researchers crack genetic codes for medicinal plant species [September 13, 2011]

轉載自 only-perception

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only-perception
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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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鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
・2022/11/01 ・2113字 ・閱讀時間約 4 分鐘

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罌粟和它的神奇汁液「鴉片」,為何讓人類欲罷不能?──《食藥史》
聯經出版_96
・2022/09/05 ・3219字 ・閱讀時間約 6 分鐘

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別想當神農氏!地球上 95% 植物都不適合人類食用

在某種程度上,遠古人類能找到天然藥物,本身就不可思議。

試想,地球上三十多萬種植物之中,95% 都不適合人類食用。

出一趟門,到你家附近的樹林走走,隨手摘點綠色植物嚐嚐,十之八九你會腹痛如絞、嘔吐,甚至死亡。在我們能消化的少數植物之中,找到有療效藥物的機率趨近於零。

大家不要亂吃東西,不是每個人都是神農氏啊!圖/Wikipedia

但我們的祖先做到了。

世界各地的史前人類透過反覆試驗、靈光乍現與細心觀察,慢慢找到各種藥草,累積出可觀數量。

早期的醫者只使用在地生產的藥材;在北歐地區,有效的藥草包括曼德拉根(mandrake root,據說治百病,比如胃病、咳嗽或睡眠問題)、黑嚏根草(black hellebore,強效通便劑)、天仙子(henbane,止痛與安眠),和顛茄(belladonna,能助眠並對治眼疾)。

其他諸如大麻等古代藥物,則是隨著貿易路線從南方和東方各地而來。中東和亞洲的貿易商帶來的許多香料也大受歡迎,比如肉桂與胡椒,既能入藥,也能調味。早期的醫者不只熟悉在地藥草,也知道如何運用。

西元一世紀古羅馬皇帝尼祿(Nero)的希臘裔軍醫佩達努思.迪奧斯科里德斯(Pedanius Dioscorides)蒐集當時的藥學知識,寫成《藥物論》(De Materia Medica),成為全世界最早也最重要的用藥指南。

他在書中列出數百種藥草和各自的功效,還說明調製方法與建議劑量。

藥草的葉子可以乾燥或壓碎,加入慢火熬煮的藥汁。藥草的根部取下後清洗乾淨,可以壓成糊狀或直接食用。有些可以跟葡萄酒搭配,其他則用水調和。製成的藥劑可以吞服、飲用、吸入、外敷或栓塞。迪奧斯科里德斯的書指引醫療用藥的使用上千年之久。

又是藥、又是毒,罌粟的多效性

他在《藥物論》中提到罌粟的效力和危險性:

「少量使用,可以舒緩疼痛、安眠、助消化、止咳、對治腹腔不適。如果太常飲用,會造成傷害(導致昏睡),甚至致命。加點薔薇灑在患處可以止痛,搭配杏仁油、番紅花和沒藥調和,滴進耳朵可以舒緩耳腔疼痛。加上烤熟的蛋黃和番紅花,可以治療眼睛發炎;加醋調和可以治療丹毒和外傷。如果要治療痛風,就得加人乳和番紅花。當作做栓劑以手指推送,可以助眠。」

罌粟和它的神奇汁液從這個文化流傳到那個文化,累積了許多不同名稱,古代蘇美人稱之為 hul gil,意為「快樂草」;中國人叫它鴉片(英文裡對某種東西「上癮」(having a yen)就是來自中文)。如今直接以罌粟漿液製成的藥物稱為 opium,就是來自希臘文 opion(意為汁液)。

鴉片罌粟的白色花朵與種子。圖/聯經出版提供,為瑪麗.安.伯內特(M. A. Burnett)繪,收藏於衛爾康博物館

罌粟就等於鴉片?沒有那麼簡單!

不是所有罌粟植物都能製成鴉片。地球上的罌粟花總共有 28 種,都屬於罌粟屬(Papaver)。其中絕大多數都是嬌豔的野花,鴉片含量極低。

這 28 種罌粟之中,有兩種能產出數量可觀的鴉片,卻只有一種容易栽培,抗病蟲害,也不需要頻繁灌溉。這種植物的學名叫 Papaver somniferum,亦即鴉片罌粟,其中 somniferum 來自羅馬神話中的睡神索莫諾斯(Somnus)。目前全世界的天然鴉片幾乎都取自它的莢果。

鴉片罌粟自古以來就含有豐富鴉片?或者古人刻意栽植培育,以提升鴉片產量?當代研究人員對此莫衷一是。不管怎樣,一萬年前的種植方法跟如今沒有什麼差別,鴉片的處理方式也大致相同。

兩千年前,迪奧斯科里德斯曾描寫收集罌粟漿液的方法,出奇的簡單。罌粟的花期不長,之後花瓣掉落。花謝後幾天內會長出臘質綠色莢果,可以長到雞蛋大小。

採收工人會看著莢果乾燥,變成暗淡的棕色,抓準時機在莢果表皮淺淺割出多道傷痕。蘊含神奇力量的漿液就會從切割處滲出。莢果表皮內層的漿液鴉片濃度最高,廣泛運用在烘焙與調味的罌粟種子鴉片含量極低。

新鮮的罌粟汁液是混濁的白色水狀液體,幾乎沒有任何作用。不過,暴露在空氣中幾小時後,就會變成棕色的黏稠殘餘,質地介於鞋油和蜂蜜之間,這時藥效才會釋放出來。

這是鴉片,長得有點像黑糖塊,也有點像烤焦的吐司。圖/wikipedia

採收工人刮下這些殘餘,製成一塊塊黏稠膏體。這些膏體需要經過熬煮去除雜質,多餘的水分也蒸發,留下來的固體就是純鴉片。這些純鴉片被搓成黏稠的深色圓球,從此改寫歷史。

19 世紀以前的藥物,不只是女巫、郎中或神職人員收藏在暗室裡的幾把乾燥藥草。當時的藥物兼具醫療與魔法用途,以特殊方式處理與調配,煮成湯藥或靈液,或製成藥丸。搭配各式各樣的材料,從木乃伊遺骸和獨角獸的角,到珍珠粉和乾燥的老虎糞便,無奇不有。是專為有錢病患調配的複方藥品。

鴉片是珍貴藥材,它可以溶入酒液,也可以跟其他藥材製成混合藥劑。不管你以什麼方式使用,口服、鼻吸、栓塞、煙燻、飲用,或直接吞服固體形態的藥劑,都有效果。某一種方法的藥效可能比另一種迅速,但不管如何攝取,都有相同程度的效果,可以讓使用者昏昏欲睡,恍如置身幻境,消除疼痛。

鴉片的快樂與哀愁

更重要的是,它讓病人感到快樂,算是美妙的附加價值。它昇華病人的心靈。它不只是藥物,更是通往喜悅的途徑。

誠如某位歷史學家所說:「鴉片迷人之處,在於它既能撫慰肉體,還能激發唯美幻想……。心靈與肉體的不適消失了,取而代之的是無憂的平靜。」

種種功效實在充滿誘惑力:疼痛得以緩解、幸福美滿的感受、愉悅的心情、置身夢幻情境。早期使用者與照護人員經常用同一個語詞描述它的效果:陶醉。

鴉片幫助病人承受疾病與外傷的疼痛,得到深度休息,是古代醫者的完美手段。前提是必須審慎使用,古代醫者太明白鴉片輕易就能將病人從睡眠送向死亡。

新鮮的罌粟汁液。圖/Wikipedia

也難怪鴉片的使用橫跨各時代,從中東到西方世界,從蘇美人、亞述人、巴比倫人到埃及人,從埃及到希臘、羅馬和西歐。據說古代品質最好的鴉片,產於埃及古都底比斯(Thebes)周遭地區;根據一份埃及醫學史料記載,有七百餘種醫療用藥都添加鴉片。

亞歷山大大帝(Alexander the Great)的軍隊帶著鴉片攻城掠地,一路從希臘、埃及到印度,將它介紹給當地百姓。罌粟花變成睡眠與長眠的象徵,跟睡眠、夢境與轉換的神祇相關,標示從生到死的通道。

罌粟與死亡之間的關聯未必詩情畫意。早在西元前 3 世紀,希臘醫生已經靈敏地察覺,鴉片雖然令人陶醉,卻也極度危險,他們甚至為鴉片的療效是否值得病患付出那麼多代價爭執不休。希臘醫生擔心病患使用過量,也知道一旦病人開始使用鴉片,就很難停下來。他們記錄了第一個成癮案例。

但鴉片的效益似乎遠遠超過它的危險。西元一到二世紀,羅馬統治世界時,鴉片據說已經變成相當於葡萄酒的飲品,並且以罌粟糕的形態在羅馬的商鋪販賣。

罌粟糕是一種未經烘烤的軟質甜食,以鴉片、糖、蛋、蜂蜜、麵粉和果汁製成,可以讓羅馬人民提振心情,消除各種長短期疼痛。據說皇帝馬可.奧理略(Marcus Aurelius)靠鴉片助眠,詩人奧維德(Ovid)也是知名的鴉片使用者。

——本文摘自《食藥史:從快樂草到數位藥丸,塑造人類歷史與當代醫療的藥物事典》,2022 年 8 月,聯經出版

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聯經出版_96
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聯經出版公司創立於1974年5月4日,是一個綜合性的出版公司,為聯合報系關係企業之一。 三十多年來已經累積了近六千餘種圖書, 範圍包括人文、社會科學、科技以及小說、藝術、傳記、商業、工具書、保健、旅遊、兒童讀物等。

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你知道你有可能對倉鼠或壁蝨過敏嗎?Alpha-gal 症候群會帶來什麼樣的過敏症狀呢?
胡中行_96
・2022/04/23 ・3474字 ・閱讀時間約 7 分鐘

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到藥局買藥或是去醫院看病,民眾多少會被問到是否對任何東西過敏。如果是初診的話,有些醫療單位還會強調要病患詳細填寫「所有已知過敏原」(All known allergies)。

一般人的反應,第一個會想到藥物過敏原,例如:盤尼西林(penicillin);再來是食物過敏原,像是海鮮或麥麩等。這些答案的確符合原本問題設定的目的:防止療程中使用的器材和藥物,或是醫院提供的住院飲食,讓病患產生不良反應。但是,如果您對壁蝨或是倉鼠過敏,也要據實以告嗎?

對倉鼠過敏?中國倉鼠卵巢細胞又是什麼?

西方文獻中俗稱的「中國倉鼠」(Chinese hamsters),又譯為「灰倉鼠」或「灰地鼠」,學名是「Cricetulus griseus」。中國倉鼠常被人養來當寵物,再加上漢醫不會把牠們拿來入藥,一般臺灣民眾應該鮮少將牠們跟醫療做聯想。不過,有些西醫的藥物資訊臨床試驗手冊,會在過敏注意事項中,提到中國倉鼠。乍看之下,就算不是「逢中必反」,對寵物或絨毛過敏者,也很容易產生不必要的恐慌。然而,看起來楚楚可憐的中國倉鼠是無辜的,因為真正的罪魁禍首其實是牠的卵巢細胞……

中國倉鼠(學名:Cricetulus griseus)原產於中國北部沙漠地帶。圖/Wikipedia

以「中國倉鼠卵巢細胞」(Chinese hamster ovary cells,簡稱「CHO 細胞」)製藥的技術,有一段相當傳奇的歷史故事:1948 年胡正祥教授[註1]與華生醫師(Dr. Robert Watson),將原生於中國北方的倉鼠偷渡去美國。後來在冷戰的氛圍下,二人的行為被中國政府視為犯下戰爭罪,胡正祥教授還因此被判刑。根據輝瑞(Pfizer)藥廠官方網站的介紹,1950 年代美國科學家的研究發現,CHO 細胞有許多適合生化製藥的特質:

  1. 容易繁殖:與其他哺乳類動物的細胞比起來,CHO 細胞比較「好育飼」(台語),可以用工業規模的生物槽(biotanks)盛裝,讓它們在製藥使用的化學溶劑中大量生長。
  2. 適合人體的蛋白質:一條條的胺基酸,要摺疊才會變成蛋白質,而它們摺疊的形狀,會影響蛋白質的功能。CHO 細胞能穩定地複製這些摺疊。此外,雖然細菌、酵母、藻類等一樣能製造蛋白質,但哺乳動物細胞製造的蛋白質,構造跟人體比較相容。
  3. 正確的「醣類」修飾:許多哺乳動物的蛋白質,有醣類(glycans)附著在胺基酸上,稱為「醣基化」(glycosylation)。這些醣類對蛋白質在免疫反應中的功能,有著關鍵的影響。有些微生物無法用正確的醣類修飾蛋白質,但對 CHO 細胞來說是輕而易舉。
  4. 預防病原體的擴散:使用 CHO 細胞,可避免製藥過程中病原體的傳播。這對產品安全來說,十分重要。
  5. 容易改造的 DNA:DNA 就像一張食譜,依照改編過的食譜,能煮出特定的菜餚。CHO 細胞的 DNA 很容易被改造,來產生製藥所需的蛋白質。
中國倉鼠卵巢細胞(Chinese hamster ovary cells,簡稱「CHO 細胞」)。圖/Wikipedia

Alpha-gal 症候群會產生諸多過敏症狀

基於 CHO 細胞的眾多優點,目前市面上用它們製造出來的藥物與疫苗繁多。及至2020年為止,光是這樣做出來的治療用單株抗體(therapeutic monoclonal antibodies)就有將近70種被核准上市,接受免疫療法的病患遇到的機率頗高。此外,國產的高端MVC-COV1901)與聯亞(UB-612)武漢肺炎疫苗,也是這樣來的。不過,沒有人是完美的,就連可愛的中國倉鼠也不是。雖然以CHO細胞培養出來的產品,許多都非常安全,但 abataceptinfliximab 等特例,因為含有低濃度的過敏原「Alpha-gal」,所以會使極少數的人嚴重不適。

Alpha-gal 是一種會出現在非靈長類哺乳動物(例如:中國倉鼠)身上的醣類。對這種醣類過敏的情形,稱作「Alpha-gal 症候群」(Alpha-gal syndrome;簡稱 AGS),其症狀包括:蕁麻疹呼吸困難咳嗽血壓遽降噁心想吐腹瀉胃痛胃食道逆流(俗稱「火燒心」)、消化不良暈眩昏厥,以及嘴唇喉嚨舌頭眼皮腫脹

Alpha-gal 症候群症狀包括:蕁麻疹、呼吸困難、咳嗽、血壓遽降、噁心想吐、腹瀉、胃痛、胃食道逆流、消化不良、暈眩或昏厥。圖/Pixabay

值得注意的是,AGS 不僅出現在極少數 CHO 細胞培養出來的藥物中,由小鼠骨髓瘤細胞(SP2/0)等其他管道製造出來的也有,cetuximab 就是一例。[註2]由於大部份的民眾不會沒事去做免疫球蛋白 E(IgE antibody)的抽血檢查,了解自己會否對 Alpha-gal 過敏,不少人其實是因為被「壁蝨」咬傷,才發現不能使用特定藥品。讀到這裡,您可能會感到無比荒謬:剛剛不是說 Alpha-gal 只存在於非靈長類哺乳動物,要怪也是怪鼠輩,怎麼現在又賴給壁蝨?

Alpha-gal 藉由壁蝨傳播

這一切的因緣業力,就像蝴蝶效應一樣扯很遠:壁蝨先去咬了某種非靈長類哺乳動物,接著跑來咬人。過程中,壁蝨把動物的alpha-gal帶到人的身上。被咬的 2 到 6 小時後,有些人就出現過敏反應。從此以後,他們不僅得成天躲著壁蝨,禁食豬、牛、羊、鹿、兔等非靈長類哺乳動物(紅肉)及其衍伸產品,還不能使用某些藥物,生活非常不便。

Alpha-gal 症候群盛行於美國歐洲南非澳大利亞以及包含日本在內的部份亞洲地區。臺灣目前似乎沒有大量案例的報導,況且也不是每個被壁蝨咬的人都會出現過敏症狀,所以無須過度緊張。民眾只要於整理庭院或到郊外踏青時,穿著長袖衣褲,在身上噴灑防蟲液,並牽好隨行寵物,就能避免被壁蝨咬傷。

我們只要於整理庭院或到郊外踏青時,穿著長袖衣褲,在身上噴灑防蟲液,並牽好隨行寵物,就能避免被壁蝨咬傷。圖/Wikipedia

回到文章最開頭的問題:在醫療院所填寫「所有已知過敏原」的時候,該寫哪些?既然都說是「所有」了,當然建議全部都要寫。因為除了壁蝨、紅肉、中國倉鼠卵巢細胞和小鼠骨髓瘤細胞,可能還有其他您未必知道與治療有關的過敏原,會在奇特的巧合下,影響到療程安全。

註解

  • 註 1:輝瑞藥廠和美國化學工程學會(American Institute of Chemical Engineers,簡稱 AIChE)的原文,都稱該中國學者為「Dr. C. H. Hu」,而多數介紹「中國倉鼠卵巢細胞」科技的中國網路文章,則提到北京協和醫院病理科「胡正祥」教授,因此推論是指同一人。由於上述二個英文的網頁,考證似乎都較中文的嚴謹,因此採用為本文故事的參考資料。
  • 註 2Cetuximab 向來以引發「Alpha-gal 症候群」(AGS)著稱,其藥物資訊上,也常提醒病患注意是否曾被壁蝨咬傷或對紅肉過敏。有趣的是,雖然小鼠骨髓瘤細胞(SP2/0)和CHO細胞都能培養 cetuximab,但以 CHO 細胞製造出來的 cetuximab,因為缺乏人體免疫細胞能夠辨識的物質(α-1,3-galactosyltransferase),所以不會與 AGS 患者的血清產生反應。換句話說,CHO 細胞產生的 cetuximab 比較不會過敏

參考資料

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胡中行_96
65 篇文章 ・ 23 位粉絲
曾任澳洲臨床試驗研究護理師,以及臺、澳劇場工作者。 西澳大學護理碩士、國立台北藝術大學戲劇學士(主修編劇)。邀稿請洽臉書「荒誕遊牧」,謝謝。