基因工程的发展及其对社会的影响

第4單元生物科技簡介-基因工程的發展及其對社會的影響授課老師羅竹芳【本著作除另有註明外，採取創用CC「姓名標示－非商業性－相同方式分享」台灣2.5版授權釋出】基因工程與我們(影片1’11)GeorgeGastin【突變】意外地變成使人類瞭解自體形成的一種途徑（影片1'23）突變-由於缺乏程序性細胞死亡造成腳中間兩趾無法完全分離Pschemp由細菌談起何謂遺傳工程？細菌無所不在。過去除了少數被人類利用來釀酒、做起司的細菌外，我們一直以為細菌對人類文明的助益不大，這個觀念一直到1970年代科學家開發了重組DNA技術（recombinantDNAtechnology）才開始有了重大的轉變。重組DNA技術簡單來說是應用一連串的技術，在試管中將不同來源—甚至不同生物—的遺傳物質剪接在一起，然後轉移到某個生物（例如細菌）體內，在那裡進行新基因的表現。大腸桿菌，10,000x生物科技的工具-限制酶RestrictionEndonucleases細菌細菌之染色体純化出來的質体重組質体欲轉殖的基因DNA含欲選殖某基因的細胞純化出來的細胞DNA重組質体轉送至細菌重組型細菌得到大量基因拷貝以做後續應用得到大量重組蛋白質以做後續應用細菌複製可運用某些蛋白質（生長激素HGH）治療身高過矮以基因改造細菌，再運用這種細菌消除有毒廢物或臭味將抗蟲害基因殖入植物體內可運用某些蛋白質（血栓溶解劑）溶解血塊，以預防心臟病發作質体生物科技的工具-2-質體臺灣大學羅竹芳複製生物ReproductiveCloning複製植物單一細胞小植株胡蘿蔔細胞分裂胡蘿蔔臺灣大學羅竹芳桃莉羊出生:桃莉羊從一隻成年羊的乳腺細胞複製而來，1996年7月5日出生於蘇格蘭愛丁堡羅斯林研究所(RoslinInstitute)，六個月後才公諸於世，牠配稱全世界第一隻複製哺乳動物。臺灣大學羅竹芳白面母羊黑面母羊自白面母羊乳腺取出細胞抽換細胞核自黑面母羊取出受精卵並且除去DNA桃莉羊-複製羊用電擊法將兩個細胞融合融合細胞分裂發育為胚胎胚胎移殖至另一隻黑面母羊臺灣大學羅竹芳1.1998年及1999年與一隻公羊交配，共生下四隻小羊。2.期間，羅斯林研究所中的科學家指出，桃莉羊的DNA有缺陷，一般認為這是造成桃莉羊有早老的現象主要原因。3.2002年當牠五歲半時，被診斷出罹患關節炎。4.2003年年屆六歲的桃莉羊，罹患末期肺病，二月中旬執行安樂死，結束其絢麗的一生(一般而言羊的壽命約是12年左右)。桃莉羊的一生臺灣大學羅竹芳2.在發展生產複製新生物的嶄新領域中，人類不知道會製造出甚麼樣的生物，也不能控制讓不想要的特質表現在新生物身上。人非萬能，人類在創造新生物時該扮演甚麼樣的角色呢?桃莉羊給人的省思1.複製的動物和原來的《本尊》並不相同。複製動物可能帶有他的《本尊》所沒有的缺陷。複製非人類哺乳動物複製胚胎之發展歷程(影片5'15)在基礎研究、農業及醫藥上的應用複製豬以供異種器官移植體細胞中欲轉殖之基因分裂成胚胎卵移除細胞核生殖複製醫療複製小羊代理孕母組織培養將細胞核與移除細胞核的卵融合生殖複製(Reproductivecloning)與醫療複製(therapeuticcloning)臺灣大學羅竹芳兩種類型的複製（影片3'43）蒙貝利亞爾牛PRA什麼是幹細胞？指的是胚胎或成體中，一群未完全分化（或未分化）的細胞，可經由細胞分裂、增生出另一個完全相同的細胞，亦可經由分化(differentiation)，形成多種特定功能的成熟細胞(例肝細胞、神經細胞等。一個從H9亞型細胞株複製的胚胎幹細胞，Acolonyofembryonicstemcells,fromtheH9cellline(NIHcode:WA09).Viewedat10XwithCarlZeissAxiovertscope.依據其分化能力區分幹細胞全能幹細胞（Totipotentstemcells）－亦稱「完整潛能幹細胞」，具有完全分化能力的幹細胞，每一個細胞都具有發育成一個完整個體的潛力。潛能幹細胞（Pluripotentstemcells）－能分化成多種細胞，但無法分化成所有種類的細胞，因此也無法發育成一完整胚胎、個體。胚胎幹細胞卵精子囊胚胚細胞胚胎幹細胞胚胎臺灣大學羅竹芳肝細胞心肌細胞不同的分化細胞不同培養條件神經細胞胚胎幹細胞胚胎幹細胞及其在培養時可分化成各種組織細胞臺灣大學羅竹芳依據取得來源區分幹細胞胚胎幹細胞（Embryonicstemcells）：一般指取自囊胚內細胞質塊、培養於特定條件下所得之幹細胞，具有自我增生、複製與分化成各種細胞、甚至完整個體的潛力。成體幹細胞（Adultstemcells）：其中，「造血幹細胞」（來自於骨髓、周邊循環血液臍帶血）與「間質幹細胞」兩大類最受重視，可分化成骨髓細胞、淋巴細胞、肝臟、軟骨、肌肉等組織。幹細胞的應用幹細胞之應用，最終目的不外乎是希望能治療人類疾病，諸如：阿茲海默症帕金森氏症腫瘤免疫缺損自體免疫疾病造血疾病等或是應用至組織修復、器官移植上幹細胞治療帕金森氏病(影片6’)在腦深部插入電極以電刺激治療帕金森病Thomasbg幹細胞所帶來的問題科學發展至今，幹細胞在再生醫療（Regenerativemedicine）上，已被賦予無限的期許。但是它的來源、它的用途以及它對人類倫理、法律、社會等層面的衝擊，是極具爭議的議題。在多種幹細胞中，以胚胎幹細胞最原始、分化能力最強；但是，「受精卵究竟有無生命？破壞胚胎是否算是殺害生命？」「一個受精卵是否具有人權？」等議題，都直接挑戰人類對生命的定義以及人性的尊嚴。而對於臍帶血中幹細胞的取得，爭議雖不若胚胎幹細胞，但是，臍帶血的所有權，是屬於嬰兒或是父母親？更重要的是，臍帶血存放者所留存的資料，是否會有隱私外洩之顧慮？這些都是亟需立法嚴密規範的。遺傳改造生物-基因改造生物Geneticallymodifiedorganisms,GMO轉基因李含C5的基因，耐李痘病毒轉殖基因植物-基因沉默GeneManipulation舉例MarjoriA.Matzke,AntoniusJ.M.Matzke;creditJanKooterfortheleftandmiddleimages,andNatalieDoetschandRichJorgensenfortherightimages黃水仙野米麴黴-真菌豆類將攜鐵蛋白基因從豆類轉入米將β-胡蘿蔔素合成酶的基因從黃水仙轉入米將肌醇六磷酸酶-植酸酶基因從真菌轉入米將金屬硫蛋白基因從野米轉入米金屬硫蛋白提供更多的硫會增加鐵的被吸收RiceChromosome攜鐵蛋白增加黃金米的鐵含量植酸酶破壞「會抑制小腸吸收鐵」的植酸β-胡蘿蔔素合成酶合成一種維生素A的前驅物-β-胡蘿蔔素基因轉殖米-黃金米臺灣大學羅竹芳EPSP(5-烯醇丙酮莽草酸-3-磷酸)synthetase：植物利用EPSP合成酵素生產芳香族胺基酸Roundup(農達)：一種強力除草劑只要生長旺盛的植物都會被它殺死Glyphosate：Roundup(農達)除草劑的活性成分、在環境中易分解Glyphosate(嘉磷塞):抑制植物EPSP合成酵素活性，使植物無法產生所需芳香族胺基酸而致死人類不受Roundup(農達)除草劑的影響，因為人類無法製造芳香族胺基酸，人類完全透過所吃的植物中取得。抗(耐)殺草劑(HerbicideResistance)由細菌找到突變的EPSP合成酵素基因(和正常只有一個鹼基不一樣)將細菌的EPSP合成酵素基因轉殖到植物，結果對Roundup(農達)除草劑有抗力抗(耐)殺草劑轉殖植物生物科技與智慧財產自然篩選-看好唯一能表達基因的母豬，因為子代將遺傳母親的性狀，並導致更高的後代育成率。基因改造失敗豬（影片0”49）ANewTheoryfortheEvolutionofGenomicImprinting.GrossL,PLoSBiologyVol.4/12/2006,e421.1985：美國能源部(USDOE)提出構想1990：美國國會通過30億美元的經費，由國家衛生院(NIH)領導執行15年計畫(六個國家之二十個中心組成聯盟)1998：定序科技的突破(快速、自動化功能)；民間公司參與競爭2000：完成人類基因體初稿(Humangenomeroughdraftpublished)2003：宣告全完成人類基因體定序(finishedsequence)人類基因體計畫(HumanGenomeProject;HGP)簡史後基因體時代來臨：新的醫藥及分子檢驗試劑之發明個體治療觀念（SingleNucleotidePolymorphism）農林漁產品之改良環境應用法醫之診斷道德，法律及社會問題（Ethical,Legal,SocialIssues,ELSI）人類基因圖譜之影響加拿大東部－紐芬蘭島當地人的特色：•大半都是17－19世紀間從英國或冰島移民而來。•以捕魚、森林、石油維生，生活辛苦。•居民很少和外界接觸。•總共約有25,000人的封閉型社會。•具有第四個資產－罕見的人類基因資料(因為人民都有相同的遺傳性疾病)。加拿大東部紐芬蘭島的特色據NHK2004/02/05的報導1.十年前，美國德州一個民間研究所到紐芬蘭島上做基因的研究，並且由當地的醫生協助，總共研究1,000個過去有心臟病的人的資料。事件1993年研究計畫的通知1.調查人：由當地紐芬蘭的醫生負責2.調查目的：瞭解心臟病發生的關係原因3.調查項目：1.心臟病發生與遺傳2.親屬罹病情形3.遺傳法則4.人民不完全知道檢查項目，只記得被採血生物倫理學家的意見1.假如發現受檢查的人發生某種病，工作人員有義務告知對方，在檢查中發現受試者（合作檢查的人）可能會發生某種病，也應該要採取預防治療措施。2.調查工作應以符合倫理的手段進行，而讓島上的人也應被禮遇得到一種利益，讓受試人民提前做預防或適當的治療工作。思考當面對：『紐芬蘭這個地方，是研究遺傳性疾病的天堂！』的說法時：1.媒體到底應該扮演甚麼樣的角色？2.從事這專案研究檢查的人，應該要按照倫理道德來進行檢查。3.檢查的結果，應該告知當地人，還給她們一個公道，讓他們受益、瞭解有什麼病、怎樣去治療，這樣才是正面的調查目的。4.加拿大根本沒有法律約束檢查的內容。但基因的調查，應該要有一定的法律規範。Page39Page39NeilA.Campbell,JaneB.Reece,LisaA.Urry,MichaelL.Cain,StevenA.Wasserman,PeterV.Minorsky,RobertB.Jackson(2008).Biology.Eighthedition.Chapter15.page286~301.SanFrancisco:BenjaminCummings.NeilA.Campbell,JaneB.Reece,LisaA.Urry,MichaelL.Cain,StevenA.Wasserman,PeterV.Minorsky,RobertB.Jackson(2008).Biology.Eighthedition.Chapter38.page815~817.SanFrancisco:BenjaminCummings.NeilA.Campbell,JaneB.Reece,LisaA.Urry,MichaelL.Cain,StevenA.Wasserman,PeterV.Minorsky,RobertB.Jackson(2008).Biology.Eighthedition.Chapter20.page396~422.SanFrancisco:BenjaminCummings.PeterH.Raven,GeorgeB.Johnson(2002).Biology.6thedition,Chapter19.BostonBurrRidge:McGrawHill.Pe