「DNA編輯大師」張鋒與CRISPR/Cas9/Cas9基因編輯技術（下）
國立臺灣大學醫學院生理所林世青專任研究助理
連結：「DNA編輯大師」張鋒與CRISPR/Cas9基因編輯技術（上）
以遺傳學上常使用的模式生物：黑腹果蠅（Drosophila melanogaster）為例，根據全基因體定序分析結果，推算出果蠅約有超過15000個基因（Adams et al., 2000），過去的研究方法，必須使用例如EMS突變劑、跳躍子跳躍、費時的同源互換、繁複的ZFN與TALEN等技術，花費漫長時間才有可能得到目標基因的突變株果蠅，從而分析該基因的功能特性。
然而在發展Cas9技術後，只要得知目標基因序列，即可設計並合成出專門辨認該基因的導引RNA表現載體，表現出導引RNA後，Cas9即可快速專一地作用，直接剔除該基因，研究者僅花費很短時間與精力即可得到目標基因剔除的突變果蠅，效率為前人難以望其項背。
海量基因解析：類風濕性關節炎治療新藥開發(Genetics of rheumatoid arthritis contributes to drug discovery)
國立臺灣大學生命科學系范姜文榮編譯/國立臺灣師範大學生命科學系李冠群副教授責任編輯
編譯來源：関節リウマチに対するゲノム創薬手法を開発
類風濕性關節炎(rheumatoid arthritis)，是引發關節發炎或破壞的一種自體免疫疾病(autoimmune disorder)，在日本估計約有70~80萬的患者，在台灣約有1%成人罹患該病症。類風濕性關節炎的發病，除了抽菸等環境因子，也與許多遺傳基因有關聯。個體間基因序列有差異，稱為基因多型性(genetic polymorphism)。現今國內外已完成許多基因體解析，偵測到許多與類風濕性關節炎發病的關聯性基因區域(gene region)，換言之，類風濕性關節炎與基因多型性有關。
罹患類風濕性關節炎的手部
圖片來源 : 維基百科
但是，到目前為止，研究機關大多以特定族群為對象個別進行研究。如果能將各研究資料統整，進行海量資料(big data)解析，將能偵測到更多與類風濕性關節炎發病有關聯的基因區域，有助於病因解析或治療藥物的開發。
日本理化學研究所等國際研究團隊，得到世界一流大學及研究機構的協助，統整到目前為止的類風濕性關節炎全基因組關聯分析(genome-wide association study)研究資料，以進行海量資料解析。這個包含亞洲人及歐洲人10萬人以上的樣本，以及約1000萬筆單核苷酸多型性(single nucleotide polymorphism)數據所構成的海量資料，經解析後發現，101個基因區域之單核苷酸多型性，與類風濕性關節炎的發病有關聯。其中有42個基因區域為本次研究新發現。另外發現，這些基因區域的核苷酸多型性當中，具基因變異比無基因變異者，易於罹患類風濕性關節炎，達到1.1~1.5倍的程度。
接著，詳細比較類風濕性關節炎相關基因及多樣性生物學資料庫，結果發現，類風濕性關節炎的部分相關基因，與原發性免疫不全症候群或血友病的關聯性基因具有共通性。並且發現，調節性T細胞DNA，調控基因表現區域，與類風濕性關節炎的相關基因區域重疊；各種細胞介素訊息(cytokine sigmal)如第十白介素(interleukin-10;IL-10)、干擾素(interferon)等，與類風濕性關節炎發病有關。
從數學建模觀點看最「適配」直線(二)
（The best fit straight line in the view of mathematical modeling）
國立臺灣師範大學數學所博士班黃俊瑋
當我們觀察某組二維數據之散佈圖後，若發現這兩變數間呈現出正比趨勢，或具高度的直線相關時，自然會聯想到利用直線 \(y=\beta_0+\beta_1x\) 模型來適配這組二維數據。
假設這條理想的直線為 \(y=\beta_0+\beta_1x\)，數學上一般會利用最小平方法（least squares method）來探求此理想直線的參數 \(\beta_0\) 與 \(\beta_1\)。統計學裡，將每一筆資料 \((x_i,y_i)\) 的觀察值 \(y_i\) 與此直線的垂直差距稱為「殘差（residual）」，當然殘差平方越小，表示該筆資料與最佳直線的垂直距離也越小，即越接近該直線。
因此，直觀上我們不難想像，當一條直線能使得所有資料的殘差平方和越小，則此直線越「適配」這組資料，亦即適配度越佳（goodness of fit）。而所謂的最小平方法，本質上即是使得所有殘差之平方和最小時，所得之直線，此直線即為一般所謂的迴歸直線、最小平方直線或也被稱為最適配直線、最佳直線等。例如圖一當中的紅色直線即為這些數據的最適配直線，而藍色線段所示即當中某些資料 \(y_i\)的殘差。
「DNA編輯大師」張鋒與CRISPR/Cas9基因編輯技術（上）
國立臺灣大學醫學院生理所林世青專任研究助理
麻省理工學院的張鋒（Zhang Feng）教授憑藉其發展的CRISPR（Clustered, Regularly Interspaced, Short Palindromic Repeats）/Cas9（CRISPR-Associated Protein 9）系統，年僅32歲即榮獲2013年《自然》雜誌評選之年度新聞人物首位，並獲得「DNA編輯大師」之稱號（“365 days: Nature’s 10,” 2013）。
究竟這令人折服的基因編輯技術的發展過程為何呢？西元1987年時，科學家在細菌內發現一種特殊核酸內切酶，命名為CRISPR/Cas9，其會辨認外來的DNA並加以切割降解，被認為是細菌用以抵抗病毒感染的防禦機制（Ishino, Shinagawa, Makino, Amemura, & Nakata, 1987; Bhaya, Davison, & Barrangou, 2011），若能在病毒感染的第一時間內就將其DNA降解，即可有效阻止病毒複製。
從數學建模觀點看最「適配」直線(一)
（The best-fit straight line in the view of mathematical modeling）
國立臺灣師範大學數學所博士班黃俊瑋
二千年前，天文學家托勒密 (Ptolemy, c.90-c.168) 的地心說，以地球為中心建立了太陽依圓形軌道繞地球運轉的天體運動模型，更一般性地，他在《天文學大成》（Almagest）一書中闡述了天體的運動軌跡為大圓的數學模型。
到了十六世紀天文學家哥白尼 (Copernicus, 1473-1543) 則改成以太陽為中心，地以圓形軌道繞日運行，大大簡化了模型的複雜度（將托勒密理論中的均輪和周轉圓，從原本的77個化減化34個）。
再到十七世紀克卜勒 (Kepler, 1571-1630) 除了接受哥白尼的日心說之外，依據其老師弟谷 (Tycho Brahe, 1546-1601) 的大量觀測數據，進一步建立了地球以橢圓形軌道繞太陽運行的天體運動定律，而這樣的數學模型更為「簡潔」而且「漂亮」。上述大家耳熟能詳的例子，都是現實生活與天文學研究中的數學建模實例。
「知識列車:我的學思之旅」系列演講
第五站 2014/4/21 國立花蓮女子高級中學
講師：國立臺灣大學農藝學系暨研究所 郭華仁 教授
講題：我的學思之旅：農業的3G革命-從綠色、基因到草根
「知識列車:我的學思之旅」系列演講
第四站 2014/4/20 慈濟大學附屬高級中學
講師：國立臺灣大學 森林環境暨資源學系 袁孝維 教授兼系主任
講題：我的學思之旅
「知識列車:我的學思之旅」系列演講
第三站 2014/4/16 國立臺東高級中學
講師：國立成功大學化學系 林弘萍 教授
講題：我的學思之旅：我與化學的緣分
「知識列車:我的學思之旅」系列演講
第二站 2014/4/14 臺東縣立蘭嶼高級中學
講師：國立成功大學材料系暨奈微所 李旺龍 教授
講題：我的學思之旅：工程、科學與傳播
「知識列車:我的學思之旅」系列演講
第一站 2014/3/14 國立馬祖高級中學
講師：國立臺灣大學生命科學系 陳俊宏 教授
講題：我的學思之旅