- 解開龜甲的進化起源 2013/08/31
解開龜甲的進化起源
國立臺灣大學生命科學系助教范姜文榮編譯來源：日本理化學研究所2013年7月9日訊
由於烏龜在演化過程中，失去了肋骨周圍的肌肉。因此，為何烏龜的肋骨僅在背側擴張，卻未形成覆蓋肋骨的肌肉，將是今後解開此進化過程的新課題。(圖片來源：維基百科)
烏龜是長壽的代表物種，有存活超過一百多年的紀錄。牠們的頭部與四肢可縮進「龜甲」內，因此龜甲是用來保護身體、抵抗外敵的特殊構造。龜甲是由背側的「背甲」與腹側的「腹甲」所構成，而背甲是由肋骨與背骨兩者癒合而成，因此烏龜活著的時候，龜甲無法與身體分離。
包括鱷魚、某些種類的恐龍及犰狳等脊椎動物，背部具有骨骼般盔甲。這些位於肌肉的外側的骨骼般盔甲，稱作「皮骨」（dermal bone）組織。皮骨的發育過程與肋骨及四肢骨骼不同，皮骨在骨骼形成前，先發育成「軟骨」的構造；在烏龜類胚胎，不僅先形成軟骨構造來進行骨骼形成，接著擴展成板狀構造，擴張的板狀構造於其肋骨間的空隙迅速地充滿物質，最後形成一體的背甲。
Continue reading →- 轉形作用 2013/08/27
轉形作用（Transformation）
國立臺灣師範大學生命科學系研究助理林如愔轉形作用（也稱轉化作用）是從細胞膜直接將異源DNA分子納入細胞內，使受體細胞獲得新的遺傳性狀的方法之一，以細菌而言，另外兩個常見的方法分別是接合作用（conjugation）與轉導作用（transduction），為微生物遺傳學、分子遺傳學、基因工程等研究領域的基本實驗技術。 Continue reading →
- 探索講座第10期-聽數學與生命對話 2013/08/26
［探索基礎科學系列講座］第十期
聽數學與生命對話
When Math meets Life!
關於【聽數學與生命對話】系列講座
進入二十一世紀，爭奪科學聖杯的領域，逐漸從二十世紀獲得許多重大突破的物理學，轉向仍然充滿未解之謎讓人興奮不已的生命科學!但唯一不變的是，獨立於人類經驗之外的數學，都是這兩個領域的根基與發展關鍵!
但作為純粹抽象代表的數學，是如何與實質存在的生物相遇呢?讓人類思想的產物，看似全然脫離現實應用的質數研究為天平的一端，而質樸如液胞形狀與表面張力及幾何的相關性為天平的另一端，我們將各自出發，來回的跳躍逼近，去尋找數學在大自然生態系、個別生命科學與醫學研究各方面，是如何緊密相關和發揮作用。臺灣大學、師範大學、清華大學與中央研究院的教授與研究員們，將揭開看似飄渺虛無，不食人間煙火的頂尖數學研究，從質數研究、貝索方程、統計與數值分析、到微分與黎曼幾何等，一次次抽象與實質存在的碰撞，將激起我們最遼闊無邊的想像。 Continue reading →- [影音] 2013知識列車：學思之旅2 – 周成功《我的學思之旅》 2013/08/26
「知識列車:我的學思之旅」系列演講
第二站 2013/5/1 國立苑裡高級中學
講師：長庚大學生物醫學系 周成功教授
講題：我的學思之旅 Continue reading →- 植化素 – 下 2013/08/22
植化素 (Phytochemical)下
臺中市雙十國中自然領域王淑卿教師不同的植化素使植物呈現五彩繽紛的顏色或味道，還呈現特殊氣味，如大蒜、洋蔥、韭菜中的嗆鼻氣味就是蒜素（allicin）所致，其成分是二烯丙基硫代亞磺酸酯（如圖）。蒜素對昆蟲和細菌、黴菌、病毒等微生物或寄生蟲有毒性，其氣味可驅趕昆蟲或其他動物，是種保護機制。臨床實驗證實蒜素可維持巨噬細胞的活性、增加自然殺手細胞的毒殺病菌能力及促進淋巴細胞增生，可做為有效的免疫調節物質。蒜素很容易被氧化，超過60℃的高溫烹調或是過度的碎切都會失去活性。 Continue reading →
- 植化素 – 上 2013/08/22
植化素 (Phytochemical)上
臺中市雙十國中自然領域王淑卿教師
圖片來源：維基百科
植化素（phytochemical）是指演化過程中植物為了生存競爭，體內合成的各種生物化學物質的總稱，目前已發現有近一萬種，種類與功能還不斷被發現與研究證實中。植化素雖然不是植物體內必需的營養物質，卻也是植物體內不可或缺的物質。植化素普遍存在於植物體的根、莖、葉以及果皮、果肉、果核和種子中，可說是六大營養素之外的「第七大營養素」。 Continue reading →
- 微小 RNA /小分子 RNA 2013/08/16
微小 RNA /小分子 RNA (Micro RNA )
國立臺灣師範大學生命科學系研究助理林如愔微小 RNA (microRNA, miRNA) 是動植物細胞中的小分子 RNA ，其長度約 21 到 23 個核苷酸，這些 RNA 由核中的染色體 DNA 轉錄出來，但無法進一步轉譯成蛋白質，屬非編碼 RNA 分子 (non-coding RNA molecule)，其功能在抑制特定基因的轉錄與轉錄後之表現。
細胞核內的染色體DNA如同寫滿遺傳信息的藍圖，在適當的時候，藍圖會被「複印」成信使 RNA (mRNA) 上的編碼，這過程即是學術上所說的轉錄 (transcription)。信使 RNA 再去指導蛋白質的合成，此過程稱為轉譯 (translation)。微小 RNA 就像殺手，可非常明確地尋找與自己的鹼基編碼能配對結合的目標 mRNA，只要結合上，便能啟動細胞中的降解機制將此目標 mRNA「終結」，使其無法繼續執行其原有的轉譯蛋白質功能。在分子生物學上，這個過程稱為基因靜默 (gene silencing )。
估計人類的基因組中，有 1000 種以上的微小 RNA，它們存在於多種細胞中，且數量豐富，能與近 60% 的哺乳類基因配對。研究發現，真核生物的微小 RNA 具有高度保留性，序列的相似度高，表示這些微小 RNA 是真核生物演化上的共同特徵，同時對真核細胞的基本生理機能是絕對重要的。
儘管動植物都有微小 RNA 系統，研究人員發現其中的細節仍有些差異，例如，植物的微小 RNA 通常與標的 mRNA 之鹼基有接近完美的配對，而動物的微小 RNA 是部分配對即可，在 5’ 端的 6~8 個核苷酸被認為是主要辨識目標的專一性區域。植物的微小 RNA 可以結合在 mRNA 的編碼區 (coding regions)和非編碼區 (untranslated regions)，但動物的微小 RNA 通常結合在 mRNA 的 3’ 端尾部－不會轉譯的區域 (3’-untranslated region, 3’-UTR)。此外，微小RNA如何影響基因表現的方式也不盡相同。微小 RNA 在細胞質中會與多種蛋白結合成「RISC 複合體 (RNA-induced silencing complex)」，這些蛋白具有內切酶 (endonuclease) 功能，可在目標mRNA的特定位置切上一刀，因為受傷的 mRNA 在細胞質中缺乏保護，所以很快地就會被細胞分解掉。有些 RISC 複合體並不會傷害目標 mRNA，而是藉由結合而抑制信使 RNA 的轉譯作用，也同樣地有抑制基因表現的效果。由於這些差異，有些科學家認為植物與動物的微小 RNA 系統可能各有演化起源。
1990 年代，微小 RNA 第一次登上檯面，當時還不是很了解它所扮演的角色；到了 2000 年之後，科學界才有共識其為基因調控的重要機制之一。更有趣的是，微小 RNA 與信使 RNA 的關係並非單純的一對一，而是多對多的複雜網絡。微小 RNA 的抑制調控包含促使信使 RNA 的降解 (transcript degradation)、螯合 (sequestering) 和抑制轉譯 (translational suppression) 等。越來越多的研究發現，微小 RNA 不只有抑制基因的表現而已，還有更多的調控機制，包括正向/增強調控 (positive regulation)，可活化基因的轉錄或轉譯 (transcriptional and translational activation)。不僅如此，數據指出微小 RNA 的表現量異常與多種疾病相關，如肥胖、癌症、心臟疾病與神經系統病變，如能釐清微小 RNA 在疾病中扮演的角色，未來應用微小 RNA 做臨床治療是指日可待。
參考資料
- 大米的逆襲：微小 RNA 操縱了我們的身體嗎？ http://pansci.tw/archives/8233
- Friedman, RC, Farh, KK, Burge, CB, & Bartel, DP. (2009). Most mammalian mRNAs are conserved targets of microRNAs. Genome Res., 19(1): 92–105.
- He, L, & Hannon, GJ. (2004). MicroRNAs: small RNAs with a big role in gene regulation. Nature, 5(7): 522–531.
- Lee, RC, Feinbaum, RL, Ambros, V. (1993). The C. elegansheterochronic gene lin-4 encodes small RNAs with antisense complementarity to lin-14. Cell, 75(5): 843–854.
- Lewis, BP, Burge, CB, & Bartel, DP. (2005). Conserved seed pairing, often flanked by adenosines, indicates that thousands of human genes are microRNA targets. Cell, 120(1): 15–20.
- Millar, AA, & Waterhouse, PM. (2005). Plant and animal microRNAs: similarities and differences. Funct. Integr. Genomics, 5: 129–135.
- 單核苷酸多型性 2013/08/16
單核苷酸多型性 (Single-nucleotide polymorphism, SNP)
國立臺灣師範大學生命科學系研究助理林如愔單核苷酸多型性（single-nucleotide polymorphism, SNP）意指DNA序列中的單一鹼基對（base pair）變異，也就是DNA序列中A、T、C、G的改變，換句話說，基因上的一位點出現兩個或多個的核苷酸可能性。目前已知的SNPs中，以T（thymine）取代C（cytosine）的變異最常發生，約佔總數的三分之二。
在一族群中，基因組是存在著DNA序列差異性（sequence differentiation）的，而單核苷酸多型性是最普遍發生的一種遺傳變異，其在人類的發生率大約是0.1%。根據2012年NCBI（美國國立生物技術訊息中心）的資料，已標記出人類有一億多個SNPs，其發生頻率高，且每個人的DNA上所發生的SNP皆不同，故SNP被視作一種基因標記（genetic marker）。它是繼限制性片段長度多型性（restriction fragment length polymorphism, RFLP）以及變異性重複序列（variable number of tandem repeat, VNTR）和微衛星多型性（microsatellite polymorphism）之後，另一個新的多型性遺傳標記，自1994年第一次被提出，漸漸成為分子標記研究的焦點。
大多數SNPs位在基因组的非編碼區；存在於編碼區的SNP約僅有20萬個，稱之為cSNP（coding SNP），有些cSNPs的序列改變並不影響轉譯後的胺基酸序列，通常不會影響個體的表現型；有些則會改變轉譯後的胺基酸序列，進而影響蛋白質的功能，從而可能產生特殊的疾病或是有別於其他人的生物特徵。此外，少數SNPs位於基因的啟動子（promoter）中，可能導致基因轉錄活性改變，而使該基因產物的表現量增加或減少。
目前研究人員已有系統地檢測SNP，希望建立SNP與各種疾病之間的關聯，如能得出某些SNP或SNPs之组合與特定疾病、病患有顯著相關性，疾病的診療將變得更針對性、更個別化。近年來，SNP篩檢已應用在遺傳疾病、藥學與腫瘤醫學的研究上。
由於SNP的產生可能會造成蛋白質表現的改變，所以SNP也是影響個體體質的關鍵，可能使人特別容易或特別不易罹患某些疾病，抑或對於治療藥物的反應有所差異（個體差異）。例如，引起後天性免疫缺乏症候群的HIV病毒在感染人的免疫細胞時，細胞表面必須具有受體（receptor）CCR2和CCR5。當HIV病毒陽性之感染者的免疫細胞帶有一種特殊突變的CCR2（CCR2 V64I）時，該患者的發病時間會比其他感染者晚2~4年。另外，白種人有一種特定的CCR5變異，該基因有一小段長32個核苷酸的序列缺失（deletion），約有9%的白人帶有這種缺失變異，HIV病毒難以感染具有此突變CCR5的個體，而且這種突變在黑人與黃種人中並不存在。
並非所有的SNP都有臨床意義。上述提到的可能對疾病發生或藥物治療有重大影響之SNP只是一小部分，即使產生了SNP，也不一定會造成胺基酸編碼或基因表現的改變。因此，如何從數以億計的SNPs中尋找具有臨床意義的SNP，將是藥物學、遺傳學與個別化醫學的重大挑戰。
參考資料
- Barreiro, LB, Laval, G, Quach, H, Patin, E, & Quintana-Murci, L. (2008). Natural selection has driven population differentiation in modern humans. Nature Genetics, 40: 340–345.
- Dean, M, et al. (1996). Genetic restriction of HIV-1infection and progression to AIDS by adeletion allele of the CKR5 structural gene. Science, 273: 1856–1862.
- NCBI dbSNP Build 137 for Human http://www.ncbi.nlm.nih.gov/mailman/pipermail/dbsnp-announce/2012q2/000123.html
- Petersen, DC et al. (2002). Novel mutations and SNPs identified in CCR2 using a new comprehensive denaturing gradient gel electrophoresis assay. Hum. Mutat. 20(4): 253-9.
- 轉形作用 2013/08/27
