2013年8月31日 星期六

遺傳 Inheritance

探索生命《生物學》107
1.        到前一個章節為止,我們所討論的基因材料DNA僅限於分子層次;我們研究DNA如何複製,基因如何影響有機體的特徵,如何調控基因表現,以及基因如何調控活細胞的許多活動。
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2.        在這個章節,我們將討論有機體層次的基因議題,包括基因如何一代傳一代,各個有機體的基因如何互動,環境如何決定有機體的特徵
3.        染色體遺傳的新觀念,來自於育種實驗獲得的證據,因此這個章節我們將研究育種的實驗。

染色體學說起於孟德爾的實驗 The Chromosomal Theory of Inheritance Began With Mendel's Work
4.        在開始討論染色體遺傳學說之前,我們要先研究奧地利神父孟德爾在教堂花圃中進行的一系列豌豆實驗,他於1866年發表豌豆實驗的結果。
5.        孟德爾使用數十種的豌豆進行最初的實驗,大部分的豌豆品種是從市場上買來的。他花七年的時間種植各種豌豆,判斷出哪些是純種的豌豆,這些純種的豌豆彼此連續交配數代產生的子代,仍保有父母性狀。
6.        孟德爾研究的數種豌豆性狀特徵中,他特別注意到其中七種性狀特徵。他發現這七種性狀特徵的每一種都有二種相反的面貌,豌豆子若不是圓滑皮的、就是皺皮的,豌豆花若不是紅色、就是白色,豆莢若不是綠色、就是黃色,如此類推。
7.        孟德爾將同一類性狀但表現相反的植物,加以授粉交配,產生的子代(稱為F1),長相類似父母的其中一方(稱為P1);
這些後代(F1)再彼此授粉交配,結果產生的後代(稱為F2),有些展現出他們父母其中一方的特徵,有些卻表現出其他特徵;
第二代的子代F2表現出非父母特徵,意思是,在祖父母身上出現的特徵,在父母身上不見了,但是到了孫子身上有再度出現了。
8.        舉例來說,當純種「開紅花」的豌豆植株,與純種「開白花」的豌豆植株交配,繁衍的第一代F1都是「開紅花的」;然而繁衍的第二代F2有些是「開紅花」的豌豆植株有些是「開白花」的豌豆植株。
9.        同樣地,「圓皮」豌豆植株與「皺皮」豌豆植株交配,產生的第一代F1植株都是生出「圓皮」豌豆的植物;然而繼續繁殖的第二代F2豌豆植株,則有些是「圓皮」豌豆植物,有些是「皺皮」豌豆植物。
10.     很顯然第一代F1身上,他們父母的其中一種特徵被表現出來的,但是到了第二代卻不是這樣;
11.     上述的例子,「紅花」植物與「白花」植物繁衍的第一代F1植物的花朵,只有「紅色」而沒有白色;「圓皮」豌豆與「皺皮」豌豆繁衍的第一代F1植物結出的豌豆,只有「圓皮」而沒有皺皮。
12.     孟德爾定義,純種植物交配後在第一代身上表現出來的特徵,稱為顯性特徵dominant characters,沒有表現出來的特徵稱為隱性特徵recessive characters
n   翻譯編寫 Carol H. McFadden and William T. Keeton Biology》;圖片來源/Tinybearpoms.comScientopia.org

2013年8月29日 星期四

基因重組技術 摘要

探索生命《生物學》106
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1.        基因重組技術recombinant DNA:將某一個有機體離析出的基因,轉殖到另一個有機體細胞內的程序。基因重組技術,將某些新特徵或功能輸入宿主有機體。
2.        首先,來自提供者有機體的DNA,用限制酶restriction enzymes切割成小塊、好處理的DNA片段(碎片),接著,這些DNA片段與載體結合,載體的材料是質體plasmids;質體是細菌細胞質內的小型環狀分子,這些質體能夠自動複製。
3.        外來DNA片段與質體DNA片段的黏狀末端,依據它們的鹼基配對結合;外來DNA片段與質體DNA片段的接合處,用連接酶ligase密封後,讓細菌吸收修正過的質體,細菌就得到我們想殖入的外來基因。
4.        最後一個步驟,篩選出帶有我們想要的外來基因的細胞,可用放射性探測針特殊的抗體篩選;篩選出來的植株在刺激下不斷反覆繁殖,產生許多帶有提供者基因的拷貝版細胞,最終目標是,讓提供者有機體的基因,在新宿主細胞中正常發揮功能。
5.        我們也可以用噬菌體當作載體,將基因運送到細菌細胞。首先,用限制酶切割出提供者基因,用連接酶將提供者基因與病毒DNA結合,然後,再加入噬菌體蛋白,完成細菌病毒(噬菌體)。噬菌體攻擊細菌時,會將體內的病毒DNA提供者DNA一起注注射到宿主細胞。
6.        另一種基因重組程序是,離析出含有想要的密碼的官能性mRNA,使用反轉錄酶reverse transcriptase,以mRNA為模版合成「反轉錄DNAcDNA」,再以「反轉錄DNA」為模版製造出雙股螺旋的DNA,並且將這雙股螺旋DNA輸入質體,接著讓細菌細胞吸收質體。
7.        有許多不同的基因重組技術,可將DNA注入真核細胞;常見的基因重組技術包括:一、顯微注射技術,將包覆DNA的小彈丸注入細胞。二、用電穿孔法破壞細胞膜,讓DNA可以滲入細胞。三、使用病毒作為輸送基因的系統。
8.        聚合酶鍊反應polymerase chain reaction,將一段DNA序列複製成數倍,這有利於進一步分析DNA序列內容。
9.        相關科技的發展,使基因重組技術可以利用細菌細胞,生產有商業價值、農業或醫療用途的物質。基因重組技術,除了可將新基因引介到植物和動物體內,也能用於繪製人類染色體的基因圖譜,或許在不久的將來,人類就能以基因重組技術進行人體基因治療。
10.     基因重組技術有其風險。社會大眾質疑基因重組程序的安全性。許多人,包括科學家在內,擔心基因改造過的有機體,恐怕會對環境造成傷害。

n   翻譯編寫 Carol H. McFadden and William T. Keeton Biology

2013年8月28日 星期三

在安全考量下管控基因重組技術 Safety Consideration Govern the Use of Recombinant DNA Technology

探索生命《生物學》105
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1.        就像所有現代工業,人們意識到基因重組技術可能造成的風險,因而產生許多辯論;有些觀察家質疑,基因重組技術某些執行過程的安全性,許多公民,包括科學家在內,擔心基因改造後的有機體,可能對環境造成威脅。
2.        舉例來說,如果我們基因改造出一種可以摧毀土壤與水中污染物的特殊細菌,這種細菌有沒有可能以一種意想不到的途徑改變環境?
3.        基因改造後長得更快更大棵的植物,或者基因改造後更能抗病抗蟲害的植物,會不會失控地成長改變某個區域的生態平衡?又或者,這些基因改造技術,會不會用於製造生化戰爭所需的新有機體?
4.        認知到基因重組技術,可能導致無法預測的後果,科學界嚴格管控基因重組技術的運用方式。進行基因重組技術的實驗室,必須有無菌作業物理隔離的設備,這些設施類似現代醫學實驗室,這樣的實驗室可消滅有危險性的病原體。
5.        此外,科學界有共識,基因重組研究製造的微生物,它們的DNA上必須帶有殘缺的突變,以確保這些微生物無法在實驗室外的環境存活;或者基因改造的有機體必須不是潛在的病原體。

基因重組技術也存在道德上的困境 Recombinant DNA Technoligy Also Presents Some Ethical Dilemma
6.        人體基因治療帶來許多道德上的問題。有些人質疑,用基因重組技術生產胰島素,或修復導致遺傳疾病的基因,例如修復遺傳疾病囊狀纖維化症鐮刀型貧血症的基因,是否符合道德。
7.        基因治療也可用於其他途徑,像是改變或放大人類的某些特徵。那麼,用基因治療來篩選出孩童理想的身高、重量或確保高智商,是否符合道德呢?
8.        我們是否應該將基因殖入精子或卵子,或是基因轉殖應該只限於身體的細胞呢?轉殖基因到人體的血液細胞、骨髓細胞、或胰臟細胞,只會影響到那個人,不會影響到後代。
9.        但是如果將基因轉殖到生殖細胞,將會影響到這個個體所生的無數後代,我們是否應該允許這樣的基因轉殖呢?我們應該在哪裡劃紅線呢
10.     反對基因重組技術應用在人類基因上的人質疑,我們是否有足夠的智慧安全地操控人體的基因材料?並且我們是否有權利這麼做?
11.     誰有權利決定哪些基因是應該輸入或保留的好基因,必須轉殖輸入或保留,哪些是應該刪掉的壞基因?在不遠的將來,人類將必須回答這些問題。
12.     徐弘毅:基於保障弱勢者生存的精神,基因轉殖技術可用來治療疾病;然而基因轉殖技術不應該用於生殖細胞,培植優異的下一代。
因為人類思考欠周延,光想要強化某一、二個特徵,沒有通盤思考,結果一定是基因改造出來的胎兒,跟基因改造的桃麗羊一樣,提早生病死亡。
如果人類想要基因改造精卵,培育出高智商的後代,配合新大腦需要的心肺功能該是多少?腸胃功能要增強多少?脊椎與神經系統該不該修改?內分泌系統是不是也要跟著改?
改掉一大堆基因的人類,真的體能比較好?品德比較好嗎?縱使基因改造完全成功,這些優異的基改後代,能接受我們這些沒有基改的笨蛋管理嗎?會不會產生很大的社會衝突?
所有自然生產的胎兒,只要沒有先天性疾病,都是經過數萬年演化之下的優勢物種;但是為什麼有些人後來沒有競爭力?有些人犯罪?有些人罹患疾病?這是後天教育的問題。
一個人如果能終身多元學習,德智體群美五育並重,培養頂尖專長,他就能發揮自己的優勢,甚至超越自己肉體的基因弱點,不需要外力基因改造,要求自己永遠保持「學而時習之」的心態,就能擁有良好的生活品質,強大的社會競爭力。

n   翻譯編寫 Carol H. McFadden and William T. Keeton Biology

基因重組技術十分具有醫療潛力 Recombinant DNA Technology Also Has Many Potential Medical Uses

探索生命《生物學》104
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1.        基因重組技術,其中一個重要的醫療用途是,診斷胎兒的基因疾病;大約有500種基因缺陷疾病,源自於單一基因的突變,這當中只有極少數的基因疾病獲得治療。早期篩檢出問題胎兒,予以流產,能幫助父母避免生出有缺陷的嬰兒。
2.        過去數年來,研究人員以胎兒細胞做生物化學測試,偵測胎兒細胞上的蛋白質和酵素,但是現在研究人員已經可直接用DNA技術診斷基因病變。診斷程序包括從正常基因中選殖一段基因,對選殖的基因定序,然後設計檢查的程序測試基因。
3.        數種遺傳疾病,地中海貧血thalassemia、鐮刀型貧血sickle-cell anemia、瓜胺酸血症citrullinemia、血友病hemophilia,現在都可用DNA分析法檢驗出來。
4.        基因重組技術將應用在更廣泛的領域,一般認為,1015年內,基因重組技術,將可掃瞄一個人的全部基因,找出不正常的基因和染色體,類似的程序已經應用在許多方面了,這是過去從未想過的。
5.        基因重組技術還有許多其他醫療用途,研究人員研發出可調整免疫系統的疫苗預防某些病毒引起的疾病。利用病毒蛋白與基因重組技術所做的疫苗比較乾淨,也比較安全。
6.        很不幸地,基因重組技術製造的疫苗,不如使用整個病毒製造的疫苗有效,不過,研究人員還是希望這個困難有朝一日可以克服。
7.        現在基因重組技術已經研發出對抗傷風感冒common cold、血清性肝炎serum hepatitis、脊髓灰質炎poliomyelitis、流感influenza、狂犬病rabies、瘧疾malaria的疫苗。
8.        基因治療gene therapy,是指對基因缺陷的有機體,注入完好的基因副本。基因治療也許是可行的辦法,何況,研究人員在果蠅與其他有機體的實驗上成功。
9.        雖然果蠅等實驗有一些成功,但是基因取代治療仍有許多問題難解,其中一個困難是,需要研發一些恰當的方法,將新基因注入真核細胞中,基因輸入細胞之後,還要調控基因,使基因發揮功能。
10.     研究人員試圖用反轉錄病毒retroviruses微脂體liposomes載運治療性基因,到目標細胞。
11.     人體基因治療預先測試的工作近期開始進行了。想要做人體基因治療預先測試的研究人員,必須先向「美國重組DNA諮詢委員會」和美國公共衛生署的「基因治療次級委員會」,提出申請,這二個委員會的組成成員為科學家、法律以外的專業人士、醫療道德專家。
12.     提案獲得「美國重組DNA諮詢委員會」和美國公共衛生署的「基因治療次級委員會」核可後,還要獲得美國食品藥物管理局的核准。
13.     第一個獲得核准的基因治療提案是,透過注射基因改造過的白血球,治療人類的黑色素瘤,這些白血球細胞,被輸入特定功能的基因,能夠縮小老鼠的腫瘤。研究人員希望基因改造後的白血球,能夠在人體搜尋到黑色素腫瘤,並摧毀它。
14.     另一個提案是治療兒童的罕見免疫系統遺傳疾病,這些孩童缺少某些基因密碼,使得他們身體缺少驅動某些白血球發揮功能的必需酵素。研究人員提議,從病患身上取出白血球,輸入正常的基因,補回缺乏的酵素所需的基因,將基因正常的細胞送回身體。
15.     還有許多基因治療的提案在研究中,到目前為止,所有的基因治療模式都差不多:從病人身上取得基因,輸入新基因,將修正過的細胞送回身體。
16.     當重組基因的細胞是白血球,基因治療程序就得反覆進行數次,因為白血球的生命短暫。
17.     有一個新的基因治療提案是使用較長壽的肝細胞,治療家族性的高膽固醇血症hypercholesterolemia
18.     高膽固醇血症是致命的基因疾病,患者缺少將膽固醇從血液中移除的蛋白質,缺少這種蛋白質,患者會因為血液的膽固醇過高而早死。
19.     研究人員計畫取出患者部分肝臟細胞,用病毒將基因輸入細胞,再將修正過的肝細胞,經由血管送回肝臟,希望修正過的肝細胞能在肝臟的微血管附近重建自己,進而使肝臟有能力產生重要的蛋白質。
20.     基因重組技術許多新的附帶利益接踵而來。其中一種新應用是設計能夠阻止特定基因表現的藥物,例如阻止致癌基因表現。
21.     有一種化合物,稱為antisenseantisense化合物是一小段單股的核甘酸序列,他能夠辨識特定的mRNAs,並與之結合,因此干擾RNA的轉譯。用antisense治療某一種白血病的第一個人體實驗已經著手進行了。

n   翻譯編寫 Carol H. McFadden and William T. Keeton Biology