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無法抵擋的時代潮流：基因工程1/1篇名無法抵擋的時代潮流：基因工程作者沈青孺。福誠高中。三年二班。PDFcreatedwithpdfFactorytrialversionwww.pdffactory.com無法抵擋的時代潮流：基因工程2/2壹●前言不知各位是否看過電影絕地再生，當中描述的是在二十一世紀中葉，生命科學對於人類壽命的延長與防老抗病都有全新的研究與突破，然而相映而生的卻是個違反道德倫理的社會，某部分的人類被嚴格控管，生活在謊言之中，隨時都有可能被活體切割作為其他人身體移植之用，這樣的時代背景離我們並不遙遠，而基因工程的技術也一直在進步，而當今也有許多人士堅持著反對的立場，但並非本人完全支持基因工程的一切，或者是個樂觀主義者，而是在閱讀各類有關基因、基因工程、和有關生物演化的書籍資料後，認為這是未來人類必然的走向，這就是本論文所支持的論點，但對於它的好處及多方面的功能，並不是本論文所致力闡述的，而是藉由舉出各種實例強調這是項必定往人類自身發展的科技，並不單是為了進步，更有可能是為了生存，在此，既然本文主談的是基因工程，那顯而易見的，其研究根本就是基因本身，首先，就讓我們對它有初步的認識。貳●正文一、淺談基因公元2000年6月26日，以美英為主的科學家，宣布完成了人體身上基因密碼的排列順序。這項號稱與登月計畫同樣重要的成就，立即引起全球轟動，即將改寫生物學的歷史，進一步解開生命的奧秘。科學家將鹼基排列順序解開之後，所描繪的圖稱之為基因地圖。由於基因鹼基對數之龐大與複雜性，如果將人體所有基因遺傳連結在一起，其長度足以來回地球到太陽600次以上。目前科學家發現，人體基因體中大多數基因(大約97%)的功能仍不明。細胞是表現生命的最基本單位。從化學成分來看，細胞主要是由蛋白質組成。蛋白質是生命中各種酵素及激素的本質，它能推動細胞中的各種化學反應；不同的生物有他獨特的特性與蛋白質有關。而蛋白質的生成卻是受到遺傳基因的控制。不同的遺傳基因可製造不同種類及數目的胺基酸，再由這些胺基酸組成蛋白質。可以說，遺傳基因有如幕後導演，而蛋白質是依照導演命令表現的演員。1950年代，美國的生物學家華生為了研究蛋白質而前往英國，他一直認為，要研究蛋白質，就要先明瞭核酸(也就是DNA去氧核糖核酸)的構造。他與克里克利用x射線繞射技術，推斷出核酸是由糖與磷酸兩條長鏈相互交錯而成的螺旋狀構造，而提出了著名的DNA雙螺旋模型，獲得了諾貝爾獎。PDFcreatedwithpdfFactorytrialversionwww.pdffactory.com無法抵擋的時代潮流：基因工程3/3DNA雙螺旋構造的提出是近代遺傳學上重要的發現，奠定生化學及遺傳學的基礎，更是近代遺傳工程發展的原動力，並興起以研究核酸為中心的分子生物學基因的本體就是DNA。DNA的化學成分是由醣及含有氮原子的鹼基以及磷酸所組成。DNA有如一條很長的扭曲梯子，梯子的兩側扶手就是醣及磷酸組成的，而梯子的踏板則是由鹼基構成的。鹼基共有四種：胞嘧啶(C)、胸腺嘧啶(T)、腺嘌呤(A)、鳥嘌呤(G)，這四種鹼基的排列方式，稱為遺傳密碼,由於DNA遺傳密碼的訊息傳遞，才能使每一種生物表現它的特徵。而當基因複製自己的時候，雙螺旋中的鹼基偶爾會弄錯順序，在大多數的情況之下，這些錯誤會使DNA無法〈或是比較不可能〉自我複製，這意味著如此的遺傳錯誤〈即所謂的突變〉會自動消失，但在少數情況下，錯誤〈突變〉竟然會增加DNA自我複製與生存的機會，在基因碼中，這樣的改變是良性的。鹼基序列中的資訊之所以能逐漸演化，其複雜度之所以能逐漸增加，真正原因就在這裡。那麼至於何謂是基因工程呢？簡單的說，基因工程即是遺傳物質之剪接工程，就目前我們普遍應用的技術來看，也可以說是基因轉殖，基因轉殖是將微生物、動物、植物的一段基因放進動、植物的染色體中，使其表現那段基因應有的特性。和過去育種最大的不同是，基因轉殖完全打破生物的界線，無論是微生物、動物、植物的基因都可以互相進行轉植；理論上這應該是無害的，但沒有人敢保證完全沒有副作用，因為生命現象之複雜，必須經過一段時間的監測、田間實驗、動物實驗後，才能證明確實無害。在對於基因即基因工程有了初步的了解後，以下便是個有關基因工程應用在醫學上的例子，以及自十九世紀中葉至二十世紀末一些有關基因工程的重大發展日程表。二、基因工程發展日程表PDFcreatedwithpdfFactorytrialversionwww.pdffactory.com無法抵擋的時代潮流：基因工程4/4年份事件1860s摩利維亞(Moravia)僧人GregorMendel通過種植碗豆，進行了一項革命性的遺傳學研究。1909科學家鑒定出DNA是由磷酸鹽(phosphate)及糖(sugar)這兩種化學成分組成的分子鏈。「基因」(Gene)這詞被首次引用。1953首個基因被分隔出來。1970研製出首個人工基因。1978透過基因工程技術，用細菌製造胰島素。1984基因指模技術誕生。1990美國為首的政府科學家進行「人類基因組草圖計劃」，進行解破人類基因之謎。1996解除啤酒酵母(brewer'syeast)的基因密碼。1998美國塞那拉基因公司「CeleraGenomics」著手研究人類基因組。一種名為C.elegans的蚯蚓(Nematodeworm)成為首個被解開基因組的多細胞動物。1999多國合資的「人類基因組計畫」破譯了人體第22對染色體基因排列。20001月，美國的塞那拉基因公司(CeleraGenomics)宣布己成功辨識97%的人類基因，並可在年中將整個基因原排列出來。果蠅與老鼠的基因組被解開。5月，基因工程再次出現突破，科學家宣布破解了人類第21染色體的排列。6月26日，首個人類基因組草圖完成。美國總統克林頓與英國首相貝理雅聯手呼籲公開基因排列的研究成果。PDFcreatedwithpdfFactorytrialversionwww.pdffactory.com無法抵擋的時代潮流：基因工程5/5三、基因工程應用實例01.引述有人說人類的歷史，就是一場與微生物對抗的戰史，或者可以說雙方自古以來都在進行激烈的軍備競賽，這一點都不誇張可笑，相反的事實正是如此，幸運的是自工業革命與醫學進步後，人類似乎享有了優勢，但事實上這樣的優勢正面臨著嚴重的考驗，我們都知道細菌病毒等微生物的基因是有別於我們的，他們的基因再轉化成RNA﹝在近二十世紀中業科學家所發現的第二種核酸，一種負責製造蛋白質的近似DNA的核糖核酸﹞的過程較我們不穩定，在遺傳上它也不比我們的DNA來的穩定，這意味著一個可悲的事實，意味著牠們擁有快速適應的能力，即是突變，這也是為什麼反觀歷史，我們似乎總是處在被動的一方，也就是遭受攻擊的一方，所幸我們總能發展出疫苗或者是藥物來強化本身，最大的躍進當屬抗生素的啟用，想當然爾，經過長時間的濫用，病菌也開始產生了所謂抗藥性；而由基因工程所衍生的DNA疫苗將會是未來藥物研發的新主流。02.病原基因定序加速DNA疫苗研發此外，根據WHO的統計資料顯示，全球每年死亡的人數中，約有三分之一是死於傳染病。過去二十年中，全球總共出現29種新傳染病，新病原體不斷出現，以及病菌對抗生素產生的抵抗力，傳統疫苗越來越不敷使用，促使新的疫苗不得不開始研發，更帶來可觀的新商機。尤其近幾年來，生物技術不斷進展，科學界持續推動重要病原體全基因的定序，以及類似生物的不同菌屬間的同源序列和異源序列研發，這些病原的基因序列又將現代醫藥和疫苗的研發推上更高層樓。陽明大學免疫學研究中心主任謝世良表示：「這是一場重大的改革，不但會促進病原體致病和發病機制的研究，也會讓科學界開展或調整疫苗研究的方向，為新型疫苗的研究和設計提供更好的機會。」生技中心產業分析師巫文玲表示，基因工程疫苗技術的逐漸成熟，漸漸取代傳統疫苗，預估到二○○五年生物技術疫苗預測將會佔疫苗市場80％以上的比例。PDFcreatedwithpdfFactorytrialversionwww.pdffactory.com無法抵擋的時代潮流：基因工程6/6新型疫苗利用基因重組、基因表達、DNA定序、DNA合成等技術，加速了治病抗原的分離與鑑定、致病微生物的修飾與改造，促進疫苗生產技術的發展。多胜?合成、蛋白質結構分析等技術，幫助科學家了解抗原的線性與立體結構，同時也利用電腦預測抗原的T細胞和B細胞。而高效液相層析技術讓新的抗原，可以更快速地分離和純化，以分子免疫學的理論解析生物體對抗原的免疫反應。03.DNA疫苗成為疫苗研發主流最近研究則是直接利用將病原體的DNA片段，以遺傳基因工程技術處理，嵌入細菌內的質體基因（plasmid），再用質體基因作為載體製成疫苗。由於體外試驗證明，攝取質體DNA的體外培養細胞，能合成並分泌疫苗抗原，因此當製造疫苗抗原的質體DNA進入人體細胞後，就會分泌疫苗抗原，並啟動體液或細胞免疫反應而產生免疫作用。一九九八年，美國微生物學會（AmericanSocietyforMicrobiology）研究報告，正式將DNA疫苗列為最新的疫苗技術研發趨勢。該學會醫生同時宣告，他們已經成功研製出，幾種可以預防引起腹瀉的病毒（rotavirus）、瘧疾寄生蟲（malariaparasites）以及肺結核(tuberculosis)的DNA疫苗。基因疫苗和DNA疫苗成為目前疫苗研發的主流，包括感染性疾病、癌症、AIDS、過敏性與自體免疫疾病疾病，全球已經有數十例人體實驗研究正在進行當中。一般預計全球第一個癌症治療疫苗，將在二○○三年上市。而一九八七年迄今，每年讓550萬人、等於每天有15000人感染的AIDS，HIV（人類免疫缺乏病毒）疫苗，更已進行卅種實驗性的人體試驗。美國國家衛生研究院愛滋病疫苗研發預算也每年增加，今年編列逾2億8000多萬美元，並由聘請諾貝爾醫學獎得主反轉錄病毒學家巴爾地摩（DavidBaltimore）成立AIDS疫苗委員會（AIDSVaccineResearchCommittee.，AVRC），協調所有NIH經費來支持AIDS疫苗的研究。Science期刊也指出，各地的AIIDS疫苗研究專家們，正醞釀成立一個全球的HIV疫苗發展中心，希望整合各個研究角度全面獵捕HIV。於是，不久前對此不太感興趣的大藥廠，現在也改變主意，因為潛在商機龐大、利潤誘人。美國第一家研發製造AIDS疫苗的VaxGen公司，歷時三年進行、花費1500萬美金，進行第一個HIV疫苗大型臨床實驗，只不過在今年二月，仍然在眾人高度樂觀期盼下宣告失敗。但隨後，南非的藥物管理局核准美國北卡萊羅納另一家公司──AlphaVax，在非洲進行達96人的人體試驗，AlphaVax研發出世界第一個作用在AIDS病毒中C–Strain的疫苗。儘管目前仍沒有一個AIDS疫苗成功，PDFcreatedwithpdfFactorytrialversionwww.pdffactory.com無法抵擋的時代潮流：基因工程7/7AIDS疫苗的研究，仍持續吸引科學家與廠商投入。因為研究人員認為，最新的研究結果顯示，至少可能開發出某種無法防止感染，但可以阻止病情惡化並減少感染機率的疫苗。04.預防性疫苗與治療性疫苗國家衛生研究院莊再成博士指出，疫苗的研究從感染性疾病深入到非感染性疾病，從預防疾病到治療疾病，大大促進了新型疫苗的發展和空間。從疫苗的技術發展歷程來看，預防性疫苗的發展已經成熟，價格成為疫苗市場上競爭的關鍵，目前兒童的預防接種市場是疫苗產業最大的餅，可以說是各家疫苗公司的兵家必爭之地。生技中心分析師巫文玲認為，雖然傳統的預防性疫苗在技術創新部份，可能不如預期般盡理想，但是預防性市場仍可望持續穩定成長。衛生署疾病管制局血清疫苗研製中心主任周文祥表示，目前在新型疫苗的研究上，主要以發展改進傳統疫苗及傳統疫苗技術不能解決的新疫苗，其中發展治療性疫苗已成為新型疫苗研究的重要灘頭堡。周文祥指出，治療性疫苗是指生物體發生疾病後所使用的治療疫苗，而一些感染後免疫用的疫苗也可以歸屬於廣義的治療性疫苗，其實廣