生物科技Nova: Genome Project 打開潘朵拉的盒子1 人類細胞藏著三 ...

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生物科技Nova: Genome Project 打開潘朵拉的盒子1 人類細胞藏著三 ...

生 物 科 技Nova: Genome Project 打 開 潘 朵 拉 的 盒 子... 裡 面 的 災 害 等 像黑 煙 一 樣 迅 速 冒出 , 只 有 『 希 望 』留 在 箱 底 ...人 類 細 胞 藏 著 三 十 億 個密 碼 , 已 經 全 被 解 碼 。基 因 解 碼 好 像 打 開 潘 朵拉 的 盒 子 , 不 知 將 跑 出什 麼 , 應 當 戒 慎 恐 懼 。C51WIKIPEDIA1


生 物 科 技基 因 的 『 重 要 性 、 普 遍 性 、 一 致 性 』 貫 通 所 有 生 物捲 繞 出DNA所 有 生 物 均 以 DNA作 為 遺 傳 物 質 。DNA 是 很 長 的 巨大 分 子 , 可 以 用酒 精 沈 澱 出 來 。線 蟲DNA 長 絲DNA 以 四 種 分 子(ATCG) 混 合 排 列成 長 鏈 , 並 且 有 兩股 , 兩 股 間 以 A=T,C≡G 互 補 。香 蕉連 香 蕉 都 有 一 半 基因 與 人 類 相 似 。ATCG 的 排 列 , 有時 只 要 錯 一 個 字 ,就 會 造 成 疾 病 。錯 的 DNA 做 出 無 用 的 蛋 白 質2


生 物 科 技人 類 基 因 體 計 畫 Human Genome Project政 府企 業Francis Collins, NIH依 照 字 母 序 列 出 現 顏 色勞 動 美 英 元 首 協 調 雙 方 合 作ACTAATCGCraig Venter, CeleraATCG超快速核酸定序法3


生 物 科 技Useful Technology: Planted Evidence; Ocean Planet人 類 向 大 自 然 借 到火 與 電 , 現 在 又 揭露 並 學 會 操 控 基 因生 物 科 技 之 應 用 無 孔 不入 , 其 威 力 也 很 可 怕 。基 因 科 技 的 發 展 , 好 像人 類 又 偷 到 另 一 把 火 。C52WIKIPEDIA1


生 物 科 技每 個 人 的 基 因 都 有 點 差 異 , 可 作 為 鑑 識 之 根 據性侵案例嫌 疑 犯 的 車 內 發 現 紫 荊 豆 莢 , 而 犯 罪 現 場 路上 也 有 紫 荊 , 如 何 證 明 是 同 一 棵 樹 的 豆 莢 ?1 23Colin Pitchfork 是 第 一 個 以 DNA 鑑 識 定 罪 的 犯 罪( 由 英 國 Leicester 大 學 的 Alec Jeffreys 爵 士 研 發 )19872


生 物 科 技Princess Anastasia Romanov of Russia基 因 指 紋 鑑 識 兩 個 著 名 案 例只 發 現 五 具 骨 骸俄 國 沙 皇 尼 古 拉 二 世 小 公 主俄 國 革 命 時 期 , 沙 皇 全 家被 處 決 , 只 有 最 小 的 女 兒Anastasia 及 王 子 Alexis 下落 不 明 。 後 來 出 現 Anna的 謎 樣 女 人 , 自 稱 是 失 落的 公 主 , 引 起 極 大 爭 議 。WIKIPEDIAOJ 辛 普 森 案 件1994 年 基 因 鑑 識 否 定尼 古 拉 二 世 一 家JD Watson (2003) DNA, the secret of life, p. 278拍 成 電 影 .. 真 假 公 主知 名 美 式 足 球 運 動 員 ,曾 客 串 電 影 演 出 ,1994年 捲 入 殺 妻 案 , 雖 然 現場 確 有 DNA 證 據 , 但因 起 訴 證 據 有 漏 失 , 使他 無 罪 獲 釋 。 後 來 民 事法 庭 裁 定 辛 普 森 要 為 死者 負 責 民 事 賠 償 。4


生 物 科 技海 洋 生 物 對 早 期 科 學 的 貢 獻 極 大WIKIPEDIAMechnikov 在 海 星 發 現 吞 噬 外 來異 物 的 細 胞 , 開 啟 免 疫 學 大 門 。早 年 熱 衷 演 化 論 , 曾 經 自 殺 兩 次未 遂 , 一 開 始 其 成 果 也 被 輕 視 。海 膽 提 供 大 量 的 精 子 與 卵 子 , 可供 科 學 家 方 便 觀 察 授 精 與 發 育 。海 膽 精 子 與 卵 子 之 間 以 化 學 物質 對 話 , 其 他 生 物 也 一 樣 。5


生 物 科 技癌 是 由 正 常 細 胞 突 變 ..癌 細 胞 增 生 機 制 ..鯊 魚 不 得 癌 症 可 能 與 其 軟 骨 有 關(1) 鯊 魚 全 身 都 是 軟 骨(2) 軟 骨 的 血 管 分 布 很 少(3) 軟 骨 可 能 有 血 管 抑 制 物 質(4) 癌 細 胞 需 要 血 管 供 應 養 分(5) 因 此 癌 不 容 易 在 鯊 魚 擴 散(6) 此 抑 制 物 質 可 能 治 療 癌 症( 注 意 .. 劑 量 也 是 重 要 因 素 )WIKIPEDIA變 異增 生癌 細 胞 分 泌 血 管 增 生 素 把 血 管 引 導 到 發 癌 部 位 然 後 開 始 大 舉 增 生癌化二部曲環 境 中 可 能 致 癌 因 子 .. 放 射 線 、 紫 外 線 、 香 煙 、 防 腐 劑 、石 綿 、 霉 菌 毒 素 、 有 機 溶 劑 、 碳 烤 香 腸 、 病 毒 、 荷 爾 蒙 。6


生 物 科 技證 明 鯊 魚 軟 骨 中 確 含 有 血 管 抑 制 物 質以 鰩 魚 卵 中 血 管 為 測 試 對 象卵胎生鯊 魚 軟 骨 抽 出 物 的 確 可 抑 制 血 管 生 成問 題 是 .. 那 是 什 麼 物 質 ? 如 何 純 化 ?7


生 物 科 技海 洋 中 蘊 藏 無 限 的 多 樣 生 物 與 珍 貴 分 子由 海 洋 生 物 體 內 , 抽 取 有 效 化學 成 份 , 以 對 抗 癌 細 胞 。海 洋 與 雨 林 , 兩 者 都 是 生 物 的多 樣 性 基 因 寶 藏 庫 , 不 但 有 各種 珍 奇 生 物 , 也 產 出 罕 有 的 化合 物 , 可 應 用 在 醫 學 等 方 面 。鎖 定 目 標純 化萃 取抗癌測試→negativepositive期待藥物只會殺癌細胞而不會殺正常細胞大多是二次代謝物鑑 定8


生 物 科 技Social Impact: Designer Baby; GMO人 類 的 潛 意 識 本 有創 造 怪 物 的 衝 動GMO 問 題基 因 科 技 應 用 在 很 多 方面 , 對 社 會 影 響 甚 鉅 。有 些 技 術 真 的 很 有 用 ,然 而 也 有 很 大 的 爭 議 。Main Basse sur les GenesC53WIKIPEDIA1


生 物 科 技生 產複 製蘇 格 蘭 的 一 系 列 複 製 羊 與 基 因 轉 殖 羊 實 驗桃莉與頭胎小羊寶妮桃莉的遺體複 製 羊桃 莉桃莉有嚴重的早衰症狀因為染色體端粒較短WIKIPEDIA基 因 改造 過 的細 胞 核極 短 暫通 電(1) 先 把 卵 子 的 核 去 除(2) 注 入 殖 有 外 來 基 因的 新 細 胞 核(3) 短 暫 通 電 刺 激 細 胞(4) 開 始 分 裂 發 育 胚 胎複 製+轉 殖波 莉 含 有 外 來 基 因波 莉 的 乳 汁 含 凝 血 第九 因 子 , 可 供 藥 用 。5


生 物 科 技Nature Biotechnology基 因 改 造 生 物 (GMO) 現 況 - 基 改 食 品 無 所 不 在最 早 上 市 基 改 食 品 .. 番 茄 (Calgen, 1994)WIKIPEDIA最 大 宗 基 改 植 物 .. 大 豆 、 玉 米 、 油 菜 、 棉 花最 多 基 改 作 物 國 .. 美 國 、 阿 根 廷 、 加 拿 大 、 中 國美 國 超 市 商 品 有 多 少 含 基 改 成 份 ? 超 過 七 成都 轉 殖 些 什 麼 基 因 ?抗 蟲 、 抗 腐 敗 、 抗 病 毒 、 抗 霉菌 、 抗 痢 ; 抗 凍 、 抗 水 災 、 抗旱 、 耐 熱 、 耐 鹽 ; 高 維 生 素 、特 殊 胺 基 酸 、 蛋 白 質 、 螢 光 。疫 苗 (B 型 肝 炎 ) 香 蕉口 服 疫 苗 可 助 第 三 世界 改 善 健 康 條 件 。沒 有 轉 殖 的 植 物 都 被 蟲 吃 光 了黃 金 米 含 胡 蘿 蔔 素6


生 物 科 技基 因 改 造 生 物 的 爭 議 不 僅 僅 是 科 學 問 題基 本 原 料掌 控 農 業智 慧 財 產 權貿 易 自 由 化政 治 商 業 環 境加 速 演 化人 為 失 控一 切 都 商 品 化 了 , 人 的 基因 變 成 商 品 ... 價 值 只 能由 商 業 、 工 業 與 金 融 業 的獲 利 來 衡 量 。生 物 科 技 的 新 基 本 採 料 則是 基 因 組 ... 列 強 的 立 場和 過 去 毫 無 不 同 。任 何 人 掌 握 了 基 因 , 就 掌握 了 21 世 紀 ... 電 腦 與 基因 一 起 邁 入 生 物 資 訊 的 領域 , 結 合 成 強 大 的 力 量 。Terminator終 結 者終 結 者 是 藏 在 種 子 內 的 自 殺 基 因 ...終 結 者 是 種 子 公 司的 利 益 考 量 , 這 個可 怕 的 基 因 也 可 能散 佈 到 環 境 中 。當 種 子 成 長 後 , 若 有 授 精 過 程 , 便啟 動 終 結 者 基 因 , 把 自 己 毒 死 。私 人 企 業 透 過 兩 種 工 具 獨 佔 生 命 資 本及 生 命 權 .. 自 由 交 易 、 智 慧 財 產 權 。7


生 物 科 技科 學 漫 畫 顯 示 對 基 因 改 造 生 物 的 散 佈 與 擔 憂8


生 物 科 技DNA 時 代 (1): 人 類 基 因 體一 個 胚 胎 如 何 分 化 成體 內 種 種 不 同 細 胞 ?基 因 體 蘊 藏 發 育 程 式 ,以 少 數 基 因 主 控 其 他 基因 之 開 關 , 控 制 大 局 。果 蠅 到 人 類 乃 至 植 物 ,全 都 採 用 類 似 的 策 略 。C54a1


生 物 科 技人 體 細 胞 核 有 26 對 染 色 體細 胞 內 染 色 體 的 構 造 有 很 多 層 次只有百分之一是基因在 細 胞 分裂 之 前 更形 成 熟 知的 染 色 體每 個 染 色 體 由 DNA 組 成長 條 狀DNA 含有 兩 股長 鏈長 條 狀 雙股 DNA會 再 組 合成 更 複 雜的 構 造兩 股 間的 密 碼以 A=T,C=G 互相 配 對2


生 物 科 技DNA 轉 錄 成 mRNA 後 轉 到 細 胞 質 合 成 蛋 白 質細 胞 質DNADNADNA細 胞 核RNA核 內解 碼 轉 錄轉譯核 糖 體tRNA核 糖 體細 胞 核 孔mRNARNA 轉 到 細 胞 質RNA反 密 碼tRNA蛋 白 質 鏈完 成 的 蛋 白 質密 碼mRNAtRNA蛋 白 質3


生 物 科 技基 因 密 碼 表基 因 密 碼 的 突 變 會 影 響 最 後 蛋 白 質 的 性 質一 個 密 碼 突 變普 通 人胱胺酸有形成二元體的功用突 變 成 胱 胺 酸兩 兩 成 對功 能 變 強脂 肪 球Purves et al. Life: The Science of Biology, 4e, Sinauer Associates & WH Freeman4


生 物 科 技基 因 都 先 關 閉 著如 何 由 單 一 胚 胎 細 胞 分 化 為 不 同 功 能 的 各 種 器 官 ?控 制 開 關的 主 鑰 匙基 因 蛋 白主 鑰 匙 會辨 認 特 定目 標 基 因辨 認 中開動轉 錄主 鑰 匙 基 因蛋 白 直 接 影響 胚 胎 發 育5


生 物 科 技果 蠅 有 少 數 主 鑰 匙 基 因 控 制 胚 胎 分 節 及 發 育6


生 物 科 技所 有 生 物 都 有 類 似 的 操 縱 基 因 控 制 胚 胎 發 育Homeobox gene操 縱 蛋 白 質啟 動 基 因啟 動 細 胞 自 殺7


生 物 科 技如 何 由 一 個 細 胞 分 化 成 不 同 功 能 的 子 細 胞 ?若 是 橫 向 分 裂則 生 成 兩 個 不太 一 樣 的 細 胞細 胞 各 自 分 化若 是 縱 向 分 裂則 生 成 兩 個 完全 相 同 的 細 胞最 後 分 化 成 各 種 體 節 的 個 體8


生 物 科 技DNA 時 代 (2): 解 破 癌 症 祕 密細 胞 生 理 功 能 都 可用 分 子 機 制 來 說 明基 因 序 列 若 有 變 異 , 就會 製 造 錯 誤 的 蛋 白 質 ,可 能 導 致 細 胞 之 癌 化 。基 因 變 異 經 常 發 生 , 但是 細 胞 會 有 補 救 機 制 。C54b1


生 物 科 技Ras 基 因 負 責 刺 激 細 胞 分 裂 , 若 失 控 則 成 癌 細 胞細 胞 外信 息 傳 遞Ras核 內信 號 結 合 抑 制 者抑 制 者E2F信 息 分 子信 號蛋 白抑 制 者 放開 E2F受 體細 胞 膜細 胞 膜 內 面信 號 進 入 細 胞 核E2F 打 開 基 因核2


生 物 科 技 P53 可 抑 制 Ras 失 控 (P53 啟 動 基 因 壓 抑 Ras 信 號 )Ras 信 號 太 多 了援 軍使 抑 制 者 無 法 控 制 E2FP53 啟 動 基 因援 軍 殺 掉 Ras 信 號 者抑 制 者 得 以 壓 抑 E2F細 胞 一 直 分 裂 ( 癌 化 )只 好 出 動 P53 制 衡產 生 援 軍 蛋 白3


生 物 科 技P53 可 修 補 基 因 損 傷 或 啟 動 細 胞 自 殺若 無 法 修 補 則 啟 動 自 殺受 損 DNAP53 發 現 受 損 DNADNA 修 補 團 隊4


生 物 科 技HIV病 毒 可 把 外 來 基 因 注 入 細 胞 內大 量 複 製有 些 白 人對 愛 滋 病毒 免 疫 ,因 其 細 胞沒 有 病 毒之 受 體 。瘟 疫 的 倖 存 者因 突 變 而 失 去 病 毒 受 體病 毒 蛋 白受 體宿 主把病毒變成癌細胞殺手癌 細 胞利 用 病 毒 注 入 P53 基 因紅 色 色 點 表 示 有反 應 的 基 因 , 可以 檢 測 細 胞 內 的基 因 表 現 情 形 。DNA 晶 片 製 作( 晶 片 可 大 規 模 篩 檢 基 因 )侵 入 宿 主 細 胞注 入 病 毒 基 因5


生 物 科 技 細 胞 內 外 的 信 息 傳 導 (Ras 及 P53 的 例 子 )細 胞 的 生 理 功 能 是 由 許 多 分 子 的 交 互 作 用 機 制 所 控 制受 體外 部 信 息細 胞 膜細 胞 質援 軍 蛋 白Ras轉 譯信 號 蛋 白效 應 酵 素核 糖 體抑 制 者細 胞 核細 胞 凋 亡mRNAP53E2F轉 錄 因 子目 標 基 因轉 錄mRNA啟 動 細 胞 分 裂Juang RH (2007) BCbasics6


生 物 科 技DNA 時 代 (3): 大 腦 的 藍 圖人 的 意 識 只 是 神 經 網 路 ?神 經 細 胞 網 路 影 響 人 的個 性 , 其 形 成 也 受 到 環境 與 外 來 刺 激 的 影 響 。人 類 尊 嚴 不 會 因 此 而 減低 , 反 令 人 更 加 珍 視 。C54c1


生 物 科 技腦 中 神 經 細 胞 之 間 的 傳 導 要 靠 細 胞 表 面 的 受 體受 體活 化刺激來了神 經 傳 導 物 質啟 動放 開 傳 信 蛋 白傳 信 蛋 白 關 掉 興 奮 機 關停 止 製 造 興 奮 信 號抑制性之神經調控2


生 物 科 技喜 歡 冒 險 的 人 可 能 因 為 其 神 經 細 胞 無 法 抑 制 衝 動重複的基因片段太 長 無 法 活 化 傳 信 蛋 白蛋白質長短不同傳 信 蛋 白 無 法 關 掉 興 奮 機 關興 奮 信 號細 胞 持 續 興 奮以 色 列 科 學 家因 為 無 法 停 止 製 造 興 奮信 號 , 使 得 神 經 細 胞 持續 活 躍 , 容 易 衝 動 。細 胞 核重 複 基 因 片 段 使 得 所 轉譯 出 來 的 蛋 白 質 較 長 ,阻 礙 傳 信 蛋 白 之 活 化 。因 此 興 奮 信 號 持 續發 出 , 送 到 細 胞 核中 促 進 基 因 活 動 。3


生 物 科 技一 般 人神 經 傳 導自 殺 者血 清 素 運 送 體缺 乏 『 血 清 素 運 送 體 』 較 易 有 自 殺 傾 向一 般 人焦 慮 者影響腦部活動血 清 素 serotonin 是 中 樞神 經 及 消 化 組 織 中 的 神 經傳 導 物 質 , 由 一 種 胺 基 酸Trp 代 謝 而 來 。 在 醫 藥 上血 清 素 可 抗 憂 鬱 症 。血 清 素 傳 遞 神 經 脈 衝 後 ,經 由 運 送 體 回 收 使 用 。日 本 人 比 美 國人 小 心 謹 慎 。調 節 區血 清 素運 送 體基 因 區長調節區短調節區調節區有長有短,短者所產生運送體較少。4


生 物 科 技腦 神 經 細 胞 數 目 生 來 差 不 多神 經 網 路 的 發 展 會 隨 著 環 境 刺 激 及 年 紀 而 有 不 同但 如 何 架 構 神 經 網 則 有 差 異因為神經細胞隨著刺激會有不同變化。看來打麻將防止老年癡呆還真有點道理。5


生 物 科 技DNA 時 代 (4): 細 胞 老 化 與 死 亡老 化 死 亡 是 自 然 風 度老 化 與 死 亡 是 細 胞 無 可避 免 的 宿 命 , 其 內 藏 自毀 程 式 早 就 寫 在 基 因 。有 性 生 殖 以 個 體 死 亡 來增 進 群 體 之 生 存 優 勢 。C54d1


生 物 科 技身 體 細 胞 的 老 化 是 由 很 多 基 因 與 現 象 一 起 造 成 的導 致 細 胞 老 化 的 幾 種 基 因 :(1) 免 疫 基 因 群 的 組 合 (2) 防 止 癡 呆 症 的 基 因 (3) 解 開 DNA 的 酵 素DR1 有 助 抵 抗 細 菌 入 侵E2 可 阻 止 纖 維 黏 住 腦 細 胞可 修 補 DNA 避 免 細 胞 死 亡DR9 易 導 致 免 疫 風 溼 症但 E4 無 法 阻 止 腦 細 胞 纖 維 化若 此 酵 素 突 變 則 易 老 化2


生 物 科 技由 呼 吸 作 用 所 產 生 『 過 氧 化 物 』 造 成 細 胞 很 大 傷 害過 氧 化 物 O 3氧 分 子 O 2粒 線 體粒 線 體 消 耗 氧 分 子 , 以 便 產生 能 量 供 細 胞 使 用 。但 是 氧 化 很 容 易 產 生 可 怕 的副 產 品 : 過 氧 化 物 。過 氧 化 物 是 恐 怖 份 子 , 尤 其很 輕 易 可 破 壞 DNA。DNA 損 害 可 以 在 細 胞 內 利 用前 述 之 酵 素 系 統 修 復 。細 胞 也 有 『 超 氧 岐 化 脢 』 可以 把 過 氧 化 物 去 除 。但 若 過 氧 化 物 太 多 , 無 法 應付 , 細 胞 會 啟 動 自 殺 。3


生 物 科 技『 端 粒 』 是 身 體 細 胞 的 死 亡 設 計 , 會 越 來 越 短生 殖 細 胞 表 現 有 端 粒 脢端 粒 脢 可 補 回 端 粒端 粒重 複 的單 股 序 列細 胞 分 裂 時 ,DNA 複製 到 端 粒 時 , 會 有 無法 複 製 的 小 段 , 因 此新 的 DNA 會 變 短 。4


生 物 科 技『 端 粒 』 是 有 性 生 殖 的 選 擇 , 以 促 進 基 因 之 重 組線 狀 DNA 才 會 有 端 點酵 母 菌 在 交 配真 核 細 胞有 性 生 殖原 核 細 胞無 性 生 殖細 菌 的 環 形 DNA 就 沒 有 端粒 , 主 要 靠 突 變 增 加 變 異 。線 狀 DNA 行 有 性 生 殖 , 雙 方 DNA 混 合 後 , 端 粒 使DNA 重 組 而 互 換 基 因 , 以 增 加 遺 傳 之 多 樣 性 。重 組 後 的 染 色 體端 粒 組 合 DNA 重 組 基 因 交 換若 去 除 端 粒 則成 為 環 狀 DNA失 去 重 組 能 力5


生 物 科 技個 體 老 化 與 死 亡 是 生 命 演 化 的 一 環 , 有 其 正 面 意 義線 狀 DNA 的 抉 擇大核小核只 有 生 殖 細 胞 免 於 死 亡草 履 蟲 在 交 配6


生 物 科 技 DNA 時 代 (5): 人 類 的 源 起粒 線 體 是 外 來 的 胞 器Alberts et al (2002) Molecular Biology of The Cell (4e) p.31粒 線 體授 精 時 精 子 只 有 細 胞 核DNA 進 入 卵 子 , 粒 線體 DNA 僅 來 自 母 方 。以 DNA 的 傳 承 看 來 ,依 循 母 系 社 會 才 合 理 。C54e1


生 物 科 技粒 線 體 有 自 己 的 環 狀 DNA, 都 是 由 卵 子 遺 傳授 精 時粒 線 體沒 有 進入 卵 。DNA授 精粒 線 體粒 線 體較 小 ,且 拷 貝份 數 比較 多 。很 適 合做 親 緣鑑 定 。粒 線 體 的 DNA 是 環 狀 的2


生 物 科 技以 粒 線 體 DNA 追 蹤 Iceman 的 後 裔冰 人 的 粒 線 體 DNA 有 特 殊 序 列冰 人木 乃 伊 的 核 酸 可 以 保存 下 來 , 分 析 其 粒 線體 DNA 可 追 蹤 親 緣關 係 。循 母 系 回 溯冰 人 後 裔3


生 物 科 技目 前 認 為 地 球 上 的 各 支 人 類 單 一 源 自 於 東 非大家都是非洲人日 本 人 是 一 血 統 混 雜 的 民 族遠 離 非 洲 : 所 有 人 類 的 原 鄉 黑 色 夏 娃 ?真是世界大同4


生 物 科 技DNA 時 代 (6): DNA 的 未 來星 艦 邁 向 未 知 的 勇 敢 航 行DNA 的 30 億 個 序 列 是全 體 人 類 的 共 同 財 產 。而 其 突 變 或 疾 病 也 應 該由 全 社 會 來 共 同 承 擔 。C54f1


生 物 科 技基因與疾病的關連基 因 研 究 目 前 的 幾 個 主 要 趨 勢基因之高產能篩選基因的轉殖與利用細胞之分化控制2

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