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  • 生物資訊學 (Bioinformatics)-上 2010/09/16

    生物資訊學 (Bioinformatics)-上
    國立竹北高級中學生物科張雅菱老師/國立台灣師範大學生命科學系李冠群助理教授責任編輯

    生物資訊學(Bioinformatics)這名詞是在1979年由荷蘭理論生物學家Paulien Hogeweg所提出，是近來新興的一門整合性科學，結合了生物科學、醫藥、資訊科學、數學、物理及化學等各個領域，主要是透過建立各種資料庫來儲存龐大的資料，以方便快速查詢、存取；而演算法、電腦計算軟體的精進，使得生物學家得以大規模且快速的數據分析；用統計方法與理論來管理和分析生物資料，使得結果更具可信度。簡單來說，生物資訊學就是運用數學和資訊科學的方式來解決生物學相關的問題。

    1953年，華生(James Watson)和克里克(Francis Crick)解開了DNA雙股螺旋的結構之謎，從此開啟了分子生物學之門。爾後生物科技的發展日新月異，技術不斷的提升，使得科學家得以揭開越來越多DNA序列內所隱藏的秘密，伴隨而來的是許多生物資料的累積，如：DNA序列與註解(annotation)、蛋白質序列、蛋白質結構等。美國國家衛生研究院生物科技資訊中心(NCBI，http://www.ncbi.nlm.nih.gov/)應運而生，其資料庫貯存來自全球各地解碼出來的DNA序列，並開放各地研究學者自由使用，是生物資訊學發展的一大推手。 Continue reading →

  • 核糖核酸干擾 (RNA interference, RNAi)-下 2010/09/16

    核糖核酸干擾 (RNA interference, RNAi)-下
    國立竹北高級中學生物科張雅菱老師/國立台灣師範大學生命科學系李冠群助理教授責任編輯

    請參閱：核糖核酸干擾 (RNA interference, RNAi)-上

    siRNA 的作用機制與 miRNA 相似。

    不同的是 miRNA 是內生性的 (endogenous，細胞內自行生成的)，而 siRNA 一般是外來的 (exogenous)，可能來自病毒感染，或是實驗室合成的雙股 RNA。

    少部分來自細胞內產生的 siRNA，是來自於較長片段的雙股RNA裂解而成。此外，miRNA 與目標 mRNA 的序列不一定要完全互補即可達到基因沈默的效果，而典型的 siRNA 與目標 mRNA 的序列則必須完全互補，故 miRNA 通常可以同時抑制具有相似序列的 mRNA 表現，而siRNA僅能對特定的、單一的 mRNA 有作用。不過也因為如此，近來科學家可以利用合成特定的 siRNA 使特定基因沈默，而探究單一基因的功能；亦可利用特定的 siRNA 來阻斷病毒 (如：HIV、SARS 等) 的轉譯作用，以開發新的治療用藥。

    其實一開始 RNAi 是在植物中被發現的。

    植物學家利用將可與特定基因序列互補的反股核糖核酸 (antisense RNA) 送入植物體中，結果發現此基因的轉錄被抑制了。 Continue reading →

  • 核糖核酸干擾 (RNA interference, RNAi)-上 2010/09/16

    核糖核酸干擾 (RNA interference, RNAi)-上
    國立竹北高級中學生物科張雅菱老師/國立台灣師範大學生命科學系李冠群助理教授責任編輯

    核糖核酸干擾 (RNA interference, RNAi) 是生物體內協助控制基因表現的一套系統，在早期研究中被稱為基因後轉錄的沈默作用 (post transcriptional gene silencing)，目前在許多真核生物中皆有發現，包含：酵母菌、果蠅、線蟲、哺乳動物等。

    RNAi 以微型核糖核酸 (microRNA, miRNA)和小干擾核糖核酸 (small interfering RNA, siRNA)這兩種小片段RNA為最主要的干擾形式，主要是干擾蛋白質的表現，以達到抑制基因表現的結果，稱為基因沈默 (gene silencing)。

    核糖核酸是基因的直接產物，而這些小片段的核糖核酸可以藉由和特定的核糖核酸結合以抑制特定基因的表現。核糖核酸干擾在對抗入侵的外來的寄生性基因，例如病毒、跳躍子 (transposons) 和一般個體發育過程中扮演重要的角色。

    微型核糖核酸來自於基因體中非編碼的 RNA (non-coding RNAs)，可以協助調節基因的表現，特別在發育過程中，扮演重要的角色。 Continue reading →

  • 普恩蛋白(Prion) 2010/09/16

    普恩蛋白(Prion)
    台北市私立天主教達人女子高級中學生物科陳雅慧老師/國立台灣師範大學生命科學系李冠群助理教授責任編輯

    普恩蛋白(prion)是1982年由美國的神經科學家Prusiner S. B博士發表命名，其全名是傳染性蛋白顆粒(proteinaceous infectious only, 簡稱為 prion)，是一種不具核酸僅具蛋白質的粒子，目前已知是引起羊搔癢症(scrapie)、狂牛症(mad cow disease)即牛海綿狀腦病變(bovine spongiform encephalopathy, BSE)以及人類庫賈氏症(Creutzfekdt-Jakob disease, CJD)等的元兇。

    普恩蛋白在動物身上廣泛存在，正常的普恩蛋白一般稱為PrPC，c代表細胞(cellular)。目前已知主要出現在神經細胞，可能有助於維持正常的神經功能。PrPC 具有四個α螺旋構造，可被蛋白質酵素所分解。但若其中兩個α螺旋構造因不明原因轉變為β5褶板構造，就會轉變為可致病的PrPSC，Sc代表scrapie。PrPSC與正常的普恩蛋白的不同之處在於PrPSC無法被正常的蛋白酵素所水解，會形成不易溶解的團塊，故過多的PrPSC堆積會造成神經細胞破裂，引起神經細胞死亡，當腦中的星狀細胞移除這些死亡的神經細胞時，會形成腦組織的空洞化，並開始出現類似海綿的構造，造成疾病的症狀。

    人類的庫賈氏症便是一種不明原因偶發性的普恩蛋白疾病，每100萬人約有一人罹病，患者多為老人；也有部分是因為製造普恩蛋白的基因發生突變，並且有可能遺傳給後代；少數則因各種醫療行為所造成的感染。其症狀初期為記憶力衰退、行為異常、步伐不穩，隨著疾病的惡化會有抽搐、視力模糊、肢體無力等症狀，末期則會嚴重痴呆。 Continue reading →

  • 世代研究 2010/09/16

    世代研究（Cohort Study）
    臺北縣立    碧華國民中學張世玪老師/國立臺灣師範大學生命科學系張永達副教授責任編輯

    “cohort”之定義：

    根據英漢辭典所載，“cohort”一詞在不同的領域中具有不同的含義：

    在一般用法上，“cohort”是指「一隊、一群」或是「同伴、同事」，有時可代表「支持者」；在人口統計學上，“cohort”則是指「有共同點的一組人」，如同年出生的人；在生物學上，“cohort”代表「無脊椎動物總目以上的一個分類類群」；而“cohort” 其最原始的意義則是指「古羅馬的步兵隊」，每隊為300-600人，每十隊可組成一軍團；在生態學上，通常將「一群同時出生且同種的生物個體，稱為cohort（同生群）」。 Continue reading →

  • 瓊脂膠體電泳 ─ （下） 2010/09/16

    瓊脂膠體電泳 (Agarose Gel Electrophoresis)-下
    國立嘉義高級商業職業學校生物科裘文馥老師/國立臺灣師範大學生命科學系李冠群助理教授責任編輯

    （一）瓊脂膠體電泳的過程

    1.瓊脂膠體的製備：取適量瓊脂粉末放入緩衝液（常用的是TBE緩衝液）中，以微波加熱至完全溶解，混合均勻後，冷卻至約50℃，倒入插有齒狀模型之鑄模中，靜置等待膠體凝固後，再取下齒狀模型。

    2.取出已完全凝固的膠體，置於電泳槽內，並加入緩衝液至覆蓋膠體（圖二）。

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  • 瓊脂膠體電泳 ─ 上 2010/09/16

    瓊脂膠體電泳 (Agarose Gel Electrophoresis)-上
    國立嘉義高級商業職業學校生物科裘文馥老師/國立臺灣師範大學生命科學系李冠群助理教授責任編輯

    電泳（electrophoresis）是指在均勻的電場作用下，帶電荷的分子在流體中發生移動的現象。電泳進行時，常會放入基質（matrix）來協助更有效率地分離各分子。基質是指具有多孔隙（porosity）的固體物質，常用的有瓊脂膠體（agarose gel）、聚丙烯醯胺膠體（polyacrylamide gel）等。 Continue reading →

  • 聚合酶連鎖反應(PCR)的發明-下 2010/09/16

    聚合酶連鎖反應(PCR)的發明-下
    國立竹北高級中學生物科張雅菱老師/國立台灣師範大學生命科學系李冠群助理教授責任編輯

    再由這兩條DNA片段當作模版，重複相同步驟，第二次結束後則可以得到 4 條 DNA 片段。由此可知每重複一次相同的步驟，就可以得到兩倍的DNA量，亦即是以2n(n表示循環次數)的速度在複製DNA。這使得研究人員可以在幾個小時之後，就可以得到數百萬條複製的DNA片段，以便後續的研究。

    PCR技術能夠發展成功還有一個重要的原因，就是耐高溫的DNA聚合酶的發現。

    早期DNA複製時所使用的DNA聚合酶並不耐熱，很容易在加熱時就失去活性，使得DNA複製的過程非常複雜又耗時，因此複製DNA的效果並不好。早在1976年科學家已經在嗜熱菌Thermus aquaticus (生活於50～80℃的環境)中分離純化出可耐高溫的DNA聚合酶，稱為”Taq polymerase”，此酵素解決活性不佳的問題，且不需要在每次加熱後補充新的DNA聚合酶。因此，Taq polymerase的發現，可說是PCR發明的一大推手。

    目前PCR已經被廣泛應用於生物醫學相關研究。研究人員只需取得少量的樣本(例如病原體的DNA片段)，透過PCR的放大作用，就足以鑑定是何種病毒或細菌感染。如此可以省去耗時的微生物培養過程，大大提升病原體檢驗的效率。

    例如：2003年震撼全球的急性嚴重呼吸道症候群（Severe Acute Respiratory Syndrome, 簡稱SARS），當初就是利用PCR技術，使研究人員可以大量取得此病毒的遺傳密碼，應用於快速篩檢是否感染，以避免疫情擴大。也可利用PCR來檢測遺傳疾病在DNA上的變異，應用於基因治療上有很大的幫助。 Continue reading →