2015年6月14日 星期日

DNA




電視節目、報紙新聞、雜誌等等,甚至一般人開講mā可能ē去講tio̍h DNA − 一个tī現代時行ê名詞,kán-ná nā出喙講--著,tō是高科技koh sî-mô͘,suah罕罕有人頂真來瞭解DNA tsit-hō mih。事實伊有tsiok飽ê學問tī--leh,m̄-koh lán tsia beh用蓋簡單ê方式來解說。

DNA ê英文全名是:deoxyribonucleic acid。伊是thong世界ê活mih lóng需要ê一款酸性koh穩定ê化學分子。DNA分子內底所藏ê訊息tō是起造性命ê厝tat;lán-ê面路á,生做lò、矮,大kho͘、瘦,頭毛khiû抑是直,是m̄是gâu破病,是m̄是gâu lim、ài lim,甚至性地ê一大部份,lóng總kap DNA分子有關係。簡單一句話,hi̍k身ê一切íng-íng是DNA來決定--ê。

Lán細胞內ê DNA分子有一半ùi老爸hia來,一半ùi老母hia來,所以囡仔ē sîng老爸/老母,m̄-koh,因為DNA分子是一代傳一代,血親之間一定ē有sio-siāng ê DNA 分子 - 因此囡仔mā有可能sîng阿姨、阿舅甚至sîng阿公、阿祖。透過檢驗DNA分子,lán thang tsai-iáⁿ無仝人之間是m̄是有血脈ê關係。囡仔ē-sái án-ne 來tshuē出親生ê爸/母。最近德國發生tsai poe-lîng-ki ê事件,往生者ê遺體lóng lòng kah一塊一塊iā kui四界;法醫透過檢驗tsia破肢sàn骨內底ê DNA分子,tsiah有thang確認in-ê主人kap tshuē出往生者厝--ni̍h ê人。

第一圖:倒手爿是nǹg-khang掃瞄電子顯微鏡(scanning tunneling microscope ,STM)看--著ê放大二百萬倍ê DNA 分子。(來源http://www.sciencephoto.com/media/209661/view)。正手爿是DNA 分子ê bàng-kah。
除了性細胞(siâu-tsí kap卵tsí),kui身軀ê逐粒細胞to有仝款ê DNA分子。DNA分子生做ná
像二條phua̍h鍊絞做伙,koh bē輸ná二條旋籐相倚旋(第一圖)。DNA分子nā kā thiah分開,逐條phua̍h鍊頂kuân to有一粒一粒ê真珠 - Nu-kut-tái(nucleotide,ヌクレオチド)。Nu-kut-tái有四種,每一種lóng是三ê部份來tsiâⁿ-ê(第二圖):一个失氧hu̍t糖(deoxyribose),一个磷酸(phosphate),koh一个hō͘ lán ē-tàng分類tsia真珠ê主要成分 - 有機鹼(base),lán kā in簡寫做:A(Adenine)、T(Thymine)、C(Cytosine)、G(Guanine)。「DNA密碼」ia̍h-sī「遺傳密碼」tō是teh講tsit四種真珠tī DNA phua̍h鍊頂kuân排列ê序,iah tō是A、T、C、G tsit四項ê序(A、T、C、G ê序tō是DNA順次(DNA sequence))。

一粒細胞內底有偌濟DNA分子?無仝生物tō無仝。Nā人,逐粒體細胞(無包括性細胞)to有46條DNA分子。In二个做一對,án-ne tō有23對。DNA分子nā kā家己纏ân,tō變做棍仔形,lán叫伊做染色體(染色体,せんしょくたい)(第三圖);所以人有23對染色體。性染色體決定一寡動物ê性別,在人來講,X kap Y tsit對tō是性染色體;kan-taⁿ tsa-po͘ tsiah有Y染色體,所以lán講tsa-po͘人ê性染色體是XY,nā tsa-bó͘ tō是XX。

第三圖:倒手爿:電子顯微鏡看--著ê人類染色體。正手頂:細胞,染色體,DNA kap Tsín 互相ê關係。正手ē:人ê 23對染色體。
一條DNA分子ē-tàng按照功能分做Tsín(gene)kap結構ê部份。Tsín tō是有tsah一kuāⁿ特殊DNA順次 - 遺傳密碼,ē-tàng用來產生RNA分子ia̍h是卵白質ê 一kue̍h DNA分子。Lán人約略有二萬ê Tsín。Tsín nā無活動ê時tō tiām-tiām tī hia,in nā 活動,tō ná像電火點to̍h,ē開始生產遺傳密碼所指定ê RNA分子ia̍h是卵白質。細胞內ê二萬ê Tsín bē siâng時活動,in ē按照細胞ê類型kap細胞所需要ê功能來起pōng - 細胞ná像一間烏暗ê房間,二萬ê Tsín tō是二萬pha電火;電火開關nā khui,Tsín tō活動,電火開關nā kuaiⁿ,Tsín tō hua--去tiām-tiām bē活動。比論肝細胞tō有kap肝功能相關ê Tsín teh 活動,其他ê Tsín tō 去hông約束tiâu--leh;肝--ni̍h啥mih Tsín 受約束,啥mih Tsín ē-tit 活動,是lán ùi有形卵到tsiâⁿ人ê個體過程當中一步一步經由細胞分化來決定--ê。

DNA分子ê基本結構tō是交纏旋籐:tsit條旋籐ê頭tú hit條ê尾;A tú T,C tú G,tī二條交纏旋籐ê中央,倚靠氫(king)力(hydrogen bond)互相giú-tiâu,tsiâⁿ做雙雙對對ê有機鹼;tsia-ê「有機鹼對」一層一層koh受互相ê分子力影響,致使交纏旋籐尾--仔tsiâⁿ做ná一个卷螺仔梯ê形(double helix)(第一圖)。

DNA順次ē影響DNA ê 結構。DNA ê 結構 - kui條DNA分子是beh khah uan-khiau,tēⁿ tsa̍t-tsa̍t,á-sī beh 放līng-līng - ē決定一个Tsín 是m̄是ē活動。簡單講,DNA分子束愈ân(愈uan-khiau ia̍h是tēⁿ愈tsa̍t),Tsín tō愈bē活動。設使一个DNA分子頂頭有1000 ê Tsín,束ân ê所在,hit-tah ê Tsín tō khah bē 活動,甚至kui-ê tiām--去;tshun--ê tō 是有teh活動ê Tsín。Toh-ūi束ân,toh-ūi放līng,實際是無一定,Tsín ê活動是tuè細胞所需求來變化,所以DNA分子ê結構是一直teh改變(dynamic)。

Tsín ê 活動受非常giâm-gâi ê控制。因為tsi̍t-hāng機關實在siat-thái複雜,科學家到taⁿ mā iáu-bē完全瞭解,lán tō 無tī tsia討論落--去。一項重要概念先講代先:Tsín ê活動量一定ài tú-tú好,無tō ē致病。一个Tsín nā是活動了過頭濟,或者是細胞需要伊ê時suah無teh活動,ā-sī講伊活動了 m̄-tio̍h時;tsit款Tsín ê活動tō 親像是電火開關害--去án-ne - 電火m̄是點bē to̍h tō是一直sih,無tō to̍h m̄著pha。Tsit-lō狀況ē hō͘ 細胞ê化學反應失調,一寡遺傳病、腦神經退化ê病、hoo-lú-bóng走精ê病,癌症等等lóng kap tsia--ê 有關係。

科學技術進展hō͘科學家有法度tī實驗室內底改變ia̍h是設計DNA順次。Kā人工創ê DNA分子khǹg轉去生物ê體內,hō͘「人工Tsín」 ê活動改變生物ê特性;tsit款tō是人teh講--ê:Tsín改造物種(Genetic Modified Organism, GMO)。Tsín改造物種ê目的主要是beh hō͘種作ê mi̍h m̄驚各種天災蟲害,hō͘家畜kap雞鴨好育飼gâu生肉m̄驚著tse。

人ê 46條DNA分子總加起--來,叫做Tsī-lóng(Genome)。科學家想講透過設計DNA順次甚至影響kui-ê Tsī-lóng ê Tsín調控,可能ē-tit解決一寡目前無藥醫ê病症,mā ē-tit hō͘ tsit-má ê治療方式koh khah好。Tse tō是tsit-má上tshìng tng teh 發展ê精確醫學(precision medicine);因為逐家人ê Tsī-lóng to無仝,愈針對個人體質來治療,效果愈顯明,所以精確醫學mā叫做個人醫學(personal medicine)。

過--去beh創Tsín ê改造有tsiâⁿ濟技術上ê限制,最近tse幾冬新發展ê技術 - CRISPR-Cas9系統(clustered regularly interspaced short palindromic repeats-Cas9 system)hō͘改造Tsín ê流程變簡單koh快速,而且tuh破限制ē-tit一擺tō改造kui-ê Tsī-lóng。舊年(2014)美國ê一个研究團隊發表成果 - in利用CRISPR-Cas9 kā無正常ê Tsín改做正常--ê,成功治療有Thài-lo̍͘h-sīn血症(Tyrosinemia)ê niau-tshí,in相信未來像án-ne ê方式mā ē-sái用來治療人類Tsín ê疾病。

DNA/Tsín/Tsī-lóng (第三圖)是thong世界ê活mih上大ê祕密,經過半世紀超過ê時間,lán總算tùi伊有khah濟瞭解。Tsit款科學智識kap技術ê進展,tsah hō͘ lán真濟好處,m̄-koh mā tsah來危機。改造Tsī-lóng ê技術nā是使用tī人ê有形卵頂頭,將來出世ê囡仔一世人to受改造--過ê Tsín來影響;tsit款技術nā是使用tī人ê生殖細胞(germline)頂頭,代代世世ê囝孫lóng ē受影響。雖罔講改造Tsī-lóng ē-tit 用來治療一寡病症,m̄-koh,lán對Tsī-lóng kap hia病症ê瞭解lóng iáu-bē透底,致使lán oh評估án-ne做ê風險kap好處。CRISPR-Cas9系統ê發展hō͘ Tsī-lóng改造ê khang-khuè愈來愈輕可,tsit-má lán tō應該頂真面對tsit款技術發展對社會、法律、道德、倫理ê衝擊 - tsia--ê 重要--ê lán定定ē làu-kau--去,因為台灣人一向siuⁿ過對重技術ê效率kap成果,「tsiâⁿ人」ê因素ká-ná phah無--去?


參考資料:

Baltimore, D., Berg, P., Botchan, M., Carroll, D., Charo, R. A., Church, G., et al. (2015). Biotechnology. A prudent path forward for genomic engineering and germline gene modification. Science, 348(6230), 36–38.

Campbell, A.M., Heyer, L.J. (2006) Discovering Genomics, Proteomics and Bioinformatics (2nd Edition). San Francisco [etc.] : Benjamin Cummings. 

Ran, F. A., Hsu, P. D., Wright, J., Agarwala, V., Scott, D. A., & Zhang, F. (2013). Genome engineering using the CRISPR-Cas9 system. Nature Protocols, 8(11), 2281–2308. 

Yin, H., Xue, W., Chen, S., Bogorad, R. L., Benedetti, E., Grompe, M., et al. (2014). 

Genome editing with Cas9 in adult mice corrects a disease mutation and phenotype. Nature Biotechnology, 32(6), 551–553. doi:10.1038/nbt.2884

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