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現代生物科技的應用1篇名現代生物科技的應用作者周均珈。市立瑞祥高中。三年二班PDFcreatedwithpdfFactorytrialversion壹●前言由於現今生物科技的發達，使的從前被認為是無藥可醫的疾病，因為生物科技的快速進步而嶄露一線曙光。不僅只於醫學，農業、食品業、漁業……等，都有了相當大的突破。究竟科學家們如何研發以及研發出何種技術，甚至是這項技術對人類有什麼樣正面影響，透過汲取學校教學的一些知識以及網路上提供的相關資訊，來探討現代生物科技的應用。貳●正文一、醫學篇01疾病的診斷當我們身體因為一些細菌或病毒的感染，常弄得全身上下都不舒服，現在您只需拿一個小小的晶片，就能找到那個害你的原兇！在發燒晶片上黏附了一些特殊的核酸引子，利用DNA的雜交原理，在使用少量的病人檢體下，就可以作多樣細菌的篩檢，不僅可即時判讀、結果準確，並且可以有效地降低檢驗成本。【術語解釋】引子：在DNA複製或聚合酶連鎖反應中，所會用到的短鏈核苷酸序列。（註二）02.藥物的開發利用基因體的研究，來了解藥物的原理及藥物是否安全。例如想要研究某一種中藥，是否具有治療癌症的功效，則可先用各種分析方式篩選出具有潛力的藥性成份，再以生物晶片找尋出與藥物有關的抗癌機制。另外，還能藉由生物技術將一些稀有或不易繁殖的藥用植物，利用組織培養技術大量產生，並萃取出其中的有效成份。除了藥物萃取外，在分子醫學的概念下，也誕生了一些更新穎的治療藥物，使得癌症病人除了接受化療或放射線治療外，還有其他的選擇。研究發現，癌細胞表面存在著各種的生長因子的接受器，當接受器與這些生長因子結合後，癌細胞的增殖現象便會加強，使得病人的病情惡化。因此，科學家使用了某些抑制分子，可以使惡性增殖的過程被打斷，而有效地舒緩某些全身轉移性癌症。【術語解釋】癌症：由於不正常的細胞無限制的生長分裂，所造成的疾病。癌細胞有時會在身體內流竄，因此若未施以適當的治療，很可能導致死亡。（註二）03.疫苗的製造重組DNA技術已經應用在製造新一代安全且效率高的疫苗！過去疫苗的本質可能是死亡或削弱毒性的病毒，或者是病毒身上的蛋白質等。人體在注射這些疫苗後可以自然產生抗體，因此當人體再次遇上相同的病毒時，就會有特定的抗體可以應付，如B型肝炎疫苗及流行感冒疫苗等，都能對該疾病做有效的預防；然而對於AIDS後天免疫缺乏症候群的病人而言，由於愛滋病病毒的外PDFcreatedwithpdfFactorytrialversion表變異性大，疫苗研發不易，使得科學家不得不去尋求另外一個解決之道。DNA疫苗可說是目前較新的研究方向，概念上以質體作為載體，在質體內嵌入能表現病原蛋白的基因，在載體注入人體後，嵌入基因產生的病原蛋白便能引發人體的免疫反應，產生抗體來對付往後病毒的入侵。【術語解釋】重組DNA：一段DNA分子，其組成是來自兩個以上不同的來源。抗體：抗體是一種血液蛋白，為免疫系統的成員之一，常於在抗原的暴露下而產生，可與抗原發生結合，抗體可以保護身體對抗外來物的入侵。載體：在遺傳工程中，一種能攜帶外源基因或修飾後基因的DNA載具，常用的有病毒DNA或細菌的質體。比如說，我們將一種外來的DNA插入載體後，可將其導入細菌或其他細胞中，以研究外來基因的表現。基因：基因位在染色體上，是遺傳的基本單位，由一段具有特殊功能的核苷酸所組成，含有可以製造蛋白質、轉送RNA、或核醣體RNA的資訊。（註二）04.基因治療A.基因治療指的是將正常的基因送進人體內，替代有缺陷的基因，來改善或減緩病人的病情。然而就目前的基因治療技術而言，並無法直接修補有缺陷的基因，所以現在的方法乃是藉由增加患者體內的正常細胞數量，以正常基因的機能來治療疾病。我們以腺核苷去胺酶缺損症（adenosinedeaminase；ADA）的治療作為例子，腺核苷酸是製造DNA及RNA所需之原料，因為病人體內去胺酵素的缺乏，大量的腺核苷酸會累積而無法代謝，然而過多的腺核苷反而會抑制細胞生長。漸漸地，免疫細胞的機能也會跟著受到阻礙，人體的免疫功能就會不正常。因此，如果想要治療這種疾病，只要在患者血液中補充ADA酵素，便能達到治療效果。而另一個方法，就是設法將產生ADA的基因轉殖入患者的體細胞內，讓患者身上的細胞亦能和正常人一樣地製造出ADA酵素。【術語解釋】腺核苷去胺酶缺損症：腺苷酸去胺酶是在某些免疫細胞表現出來的的酵素，因此當這種酵素缺乏時，常造成嚴重的免疫缺失疾病，患者通常生下來幾個月就會死亡。B.胰島素是胰島素依賴型(Insulin-dependent)糖尿病患者的救星。以前它是由動物或死人身上萃取而得，現在則是利用遺傳工程技術將對人類無害的細菌改造成能生產人類胰島素的菌種而由此菌種大量培養萃取而得。這種新的胰島素來源被稱為重組性胰島素(RecombinantInsulin)，它的優點在於安全性高（因為細菌是假核生物，人是真核生物，所以少有人與細菌共通的傳染性疾病。不像自死人身上萃取而得，我們會擔心此人是否有致命的傳染性疾病），價格便宜（因為用以培養細菌的材料價格便宜，而且細菌的繁殖速率快故可大量取得）。重組性胰島素的產生過程簡述如下：胰島素是由二種蛋白質分子所組合而成（事實上是一個大的蛋白質分子被切成二個蛋白質片段，此二個蛋白質片段以共價鍵結合在一起PDFcreatedwithpdfFactorytrialversion而成），因此研發人員就將形成此二個蛋白質片段的基因分別選殖出來，並分別接到一個可在細菌中表現的基因載體（基因載體是一個可以自行複製以及具有一個基因可以抵抗抗生素的DNA，而且能在其被送入細胞內後將接於其上的基因合成出蛋白質）上。然後，將此載體送入細菌中並利用抗生素選取具有此載體的細菌。此時存活下來的細菌皆是具有此載體而且載體上有胰島素基因。最後，在大量培養此細菌後，將細菌打破並自細菌溶解液中萃取出胰島素。從這個重組性胰島素整個過程來看，我們需要下列訊息與技術才能完成這個工作。a.首先需要知道哪一個基因是胰島素基因。b.需要能夠將這個胰島素基因選殖出來，亦就是需要基因選殖技術。c.需要有基因剪接技術才能將胰島素基因接至基因表現載體上；這個工作在目前都是利用限制酵素(RestrictionEnzyme)來進行，已是一種標準作法。d.需要有基因轉殖技術，這才能將胰島素基因送入細菌中表現以生產胰島素。e.需要有蛋白質純化技術，這才能將胰島素自細菌溶解液中萃取出來。這些技術當然也可應用到其他具有醫療或是工業價值的重組性蛋白質的生產上。目前已有無以計數的重組性蛋白質上市販賣。（註二）（註三）05.組織再生科學家已經可以利用一些方式，讓人體的器官在實驗室中製造出來。過程首先是製造可自然代謝分解的支架，再來使組織細胞在這種特殊的人工支架上生長，經過一段時間的培養後，想要的組織就會慢慢地成形。這項技術已經成為生物科技中的新寵兒，因為製造出的器官較無免疫排斥反應，所以移植的成功效率很高，一些組織器官受損的病患，以後或許不須再為一個合適的移植器官苦苦等候了！目前醫學上常使用的有人工皮膚，它提供燒燙傷病人在治療期間的替代組織；人工的骨骼支架，讓骨骼受損的病人得以行動自如。（註二）（註二）06.融合技術細胞融合是生物科技中一項重要的技術，我們若以動物細胞作為材料，將自我複製能力強的腫瘤細胞，與其他具有特定功能蛋白的細胞做融合，結合兩種細胞的特性，便能達到快速大量生產特定蛋白的目的。像是在生產抗體的應用上，從動物身上所分離到的血清是各種抗體的混合物。但我們如果將產生抗體PDFcreatedwithpdfFactorytrialversion的淋巴球與骨髓癌細胞融合，經純化後便可以得到大量且為同一種類的抗體，我們稱之為單株抗體。這些單株抗體可以當作高特異性的檢驗試劑，因為單株抗體本身只會跟特異的抗原結合。若是利用融合腫瘤細胞產生的單株抗體用來攜帶抗癌藥物，注射到人體內後，便可以精準地將體內的癌細胞消滅。【術語解釋】腫瘤：動物體內出現異常增生的細胞，而這群不停成長的細胞團就稱為腫瘤。抗原：凡是能刺激免疫系統產生專一性抗體的分子，皆稱為抗原，抗原通常是外來的蛋白質分子或致病性微生物。（註二）（註二）07.基因轉殖在動物的受精卵或胚胎期，增加或刪除細胞中的基因，改造遺傳訊息，產生特殊性狀子代。例如：將含有形成血纖維蛋白酶的基因，利用顯微鏡注射法注入山羊的受精卵中，將受精卵移植於母山羊的子宮中發育，基因轉殖山羊的若干後裔產生的乳汁中含有血纖維蛋白酶，在乳之中萃取血纖維蛋白酶，便可用於治療血友病患者。（註二）二、農業篇今日生物科技可用來改善農漁牧產品的品質、營養價值及產量等，但目前面臨的問題中，最令人擔憂的不外乎是人口增加所導致的糧食不足。然而地球上可耕地的面積有限，所以要如何改良出產量大之作物，便成了今後極待研究之課題。所以，若能藉生物技術有效地防治害蟲、病害、雜草的話，作物的收獲量也必會有所增加；或者將耐寒、耐旱、耐鹽等生物因子加諸於作物身上，那麼新品種的作物將能在惡劣的環境下存活，因此也就解決了可耕地缺乏的問題。（註二）PDFcreatedwithpdfFactorytrialversion基因食品基因改造食品是指以基因轉殖技術將野生的農作物做改造，目前基因改造成功的例子有玉米、大豆、番茄、馬鈴薯、油菜與稻米等。這些新品種作物本身，都具有抵抗病蟲害或殺草劑的能力，所以栽種時不必噴灑農藥，就可以長得很好。以番茄為例，原本番茄放不到幾天就變軟，甚至腐爛，所以無法長期儲存，若要從產地運到市場販售，一不小心就會被壓壞。（註二）02.生物農藥科學家發現有一種蘇利桿菌（Bacillusthuringiensis），其產生的毒蛋白能有效地殺死害蟲，因此科學家打算將這種毒蛋白的基因，轉殖到植物的身上，這麼一來不就可以在不灑化學農藥的狀況下，植物依然能夠百蟲不侵。也可利用枯草桿菌的毒素蛋白基因轉殖到作物上，因枯草桿菌的毒素蛋白酶被動物吸收後，能與行消化作用的細胞結合，使昆蟲無法吸收養分而死的原理，使作物具有抗蟲能力的原理。（註二）（註四）03.食品安檢基因食品是否安全，至今在世界上已是一個倍受爭議的話題。我們把改造後的基因或蛋白質食入後，究竟會不會對人體健康造成威脅？因此有關單位便發展出一些能夠檢測食品內是否含有改造作物的方法，如酵素免疫方析法（ELISA），聚合酶連鎖反應（PCR）等，其中以聚合酶連鎖反應的檢測方式最為準確。目前已有許多國家規定，凡食品中含基因改造成份達百分之一或五以上者，必須明確標示含基因改造物，然而面對基因改造作物愈來愈多的情況下，食品檢測單位如何拿捏實驗成本跟實驗準確性，有效率地為人民健康把關，將是一大挑戰。（註一）04.轉殖魚類在早期，研究人員將魚兒的生長荷爾蒙基因，放入大腸桿菌中，使生長荷爾蒙大量地生產，之後再回注入年輕的魚兒體內，這麼一來，魚兒便能夠快速地生長。目前在科學家眼中，魚兒很適合拿來做基因轉殖的研究，因為魚兒的卵又大又透明，容易觀察牠們發育的過程，也容易用顯微注射技術將基因作轉殖。所以舉例來說，如果將抗凍蛋白的基因，轉殖到魚兒體內的話，那們魚兒是不是就像穿了防寒衣物，能在較冷的水域裡生活，而地球上的漁場是不是就變得更遼闊？除了抗凍基因外，還有肌肉倍增基因及快速生長基因。（註二）05.細菌肥料科學家篩選出一系列特殊功能的細菌，如澱粉分解菌、固氮菌、溶鈣磷菌、抗植物病原菌等，其作用能使土壤中的大分子物質分解，或者固定空氣中的氮元素成為氨，以提供植物利用。這種栽培方式不僅提高了植物對於養分的吸收能力，並可以改善土壤性質；另一方面，有這些微生物的幫助，不僅節省了人工，降低生產成本，更讓生物堆肥的方法有加分作用！（註二）三、環境篇PDFcreatedwithpdfFactory