2021年7月22日 星期四

博格(Borg):新的染色體外元件(ECE)

 

圖片來源:維基百科

最近(2021年七月)不同的科普媒體,包括Nature Briefing與Scientific American都關注這個新發現的染色體外元件(ECE,extrachromosomal element):博格(Borg)。

所謂的染色體外元件指得是不屬於染色體DNA的DNA。原核生物與真核生物都有染色體外元件。如粒線體(mitochondria)與葉綠體(chloroplast)的基因體就是真核生物的染色體外元件。原核生物(如細菌)的染色體外元件大概就是質體(plasmid)了,這些質體小的可以只有數千個鹼基對,大的可以有數萬乃至數十萬個鹼基對。

對於細菌來說,質體的功能就是攜帶一些對生存有關的基因,如攜帶可分解抗生素的酵素(像能夠分解青黴素的beta-lactamase),讓細菌不怕抗生素。細菌之間還能共享它們的染色體外元件,這使得對抗生素有抗藥性的細菌愈來愈多,對醫療系統造成衝擊。

另外一個有名的原核生物染色體外元件是農桿菌(Agrobacterium tumefaciens)的Ti質體(Ti plasmid,Tumor-inducing plasmid)。農桿菌要有Ti質體才能將自己的DNA插入植物的基因體,達成感染植物的目的。這個功能被我們利用來製造基改作物(GMO,genetically-modified organism),讓農作物不怕害蟲或農藥。

不管是真核或原核的染色體外元件,它們的大小都有限。但是最近由加大柏克萊分校的科學家在古菌中新發現的染色體外元件「博格」,其大小可達60萬到一百萬個鹼基對,大約是它的宿主染色體的三分之一大小。

博格跟過去所發現的染色體外元件都不相同。質體是環狀的,博格是線狀的。科學家分析了四個博格的序列,發現它們似乎都和甲烷的氧化有關。序列分析顯示博格的許多DNA大概都是吸收了Methanoperedens這隻古菌的DNA。

為什麼會命名為「博格」?這個名字來自於電視影集「銀河飛龍」(Star Trek: The Next Generation)裡面的外星種族。在劇集中,博格人藉由外科手術或植入奈米探針,將其他種族的人轉變為他們的一份子。博格人藉由這個過程,不斷地吸收其他種族的資訊,讓自己變得「完美」。

因為這個最新發現的染色體外元件,似乎也是不停地吸收遺傳資訊,所以研究團隊把它命名為博格。雖然這個發現還沒有經過同儕審查,不過許多科學家都認為這是個非常有趣的發現。

參考文獻:

Borgs are giant extrachromosomal elements with the potential to augment methane oxidation Basem Al-Shayeb, Marie C. Schoelmerich, Jacob West-Roberts, Luis E. Valentin-Alvarado, Rohan Sachdeva, Susan Mullen, Alexander Crits-Christoph, Michael J. Wilkins, Kenneth H. Williams, Jennifer A. Doudna, Jillian F. Banfield
bioRxiv 2021.07.10.451761; doi: https://doi.org/10.1101/2021.07.10.451761

2021年7月19日 星期一

螺肉罐頭的螺到底是什麼螺

這兩天在看《臺味:從番薯糜到紅蟳米糕》這本書,裡面提到「魷魚螺肉蒜」這道酒家菜,就讓我想到小時候也吃過螺肉罐頭。

記得小時候過新年的冷盤裡有時會有螺肉,都是從罐頭裡拿出來的;螺肉呈深咖啡色,吃起來很有嚼勁,但並不覺得特別好吃。

後來就沒有再看到螺肉出現了,不知道是不是被海蜇皮給取代了?

書看著看著,就好奇到底螺肉罐頭裡的螺到底是什麼螺了。查了一下才發現,雖然所有的罐頭都號稱是蠑螺(Turbinidae),但蠑螺近年來數量銳減,加上養殖價值低,所以罐頭裡的螺早就被岩螺或其他的食用螺類給取代了。

蠑螺。圖片來源:維基百科

我還查到一則2006年的新聞,裡面他們請教了海生館的助理研究員陳明輝。陳明輝說,「蠑螺是體外受精,卵會排到海底受精,故不需要交尾器;但其他螺類則是體內受精,公螺有交尾器,也就是雄性生殖構造,才能將精子送入母螺體內,而母螺則沒有交尾器,因此罐頭中沒有交尾器的,可能就是母螺。」也就是說,如果螺肉罐頭裡面的螺肉可以找到交尾器的存在,就代表用了其他的螺來混充。

陳明輝還提到,「目前國內僅東北角、墾丁、澎湖、綠島、蘭嶼、小琉球沿海一帶有蠑螺,但數量已經非常少,加上養殖價值低,光靠漁民採捕野生蠑螺,並沒有製成罐頭的「數量規模」」,也就是說,市面上號稱是蠑螺的螺肉罐頭,可能都是假的。

我是沒有吃過「魷魚螺肉蒜」啦,但是記憶中螺肉也沒有多好吃,好像也不需要太執著於哪一種?

根據陳明輝所說,「蠑螺在珊瑚礁生態系扮演重要角色,喜歡吃大型海藻,如果數量銳減,將使得海藻異常生長覆蓋了珊瑚礁,引起珊瑚白化死亡」,所以還是不要吃比較好。

2021年7月1日 星期四

牛津-阿斯特捷利康疫苗不會改變你的基因

 

圖片來源:維基百科

目前(2021/6)市面上針對2019冠狀病毒病(COVID-19)的疫苗有mRNA疫苗(莫德納與輝瑞)與攜帶DNA的腺病毒疫苗(牛津-阿斯特捷利康[Oxford–AstraZeneca]與嬌生[Johnson & Johnson])疫苗,另外還有傳統的滅毒(死病毒)疫苗的國藥疫苗以及科興疫苗,以及次單元蛋白疫苗(諾瓦瓦克斯Novavax)。其中mRNA疫苗是以脂質包覆病毒棘蛋白(spike protein)的mRNA(信使RNA,messenger RNA)送入細胞,接著細胞就可以利用mRNA直接產生棘蛋白,讓我們的免疫細胞可以對棘蛋白產生抗體,達成免疫的目的。

最近有一些謠言說,mRNA疫苗會讓我們成為基改(轉基因)生物。我們在前一篇文章中已經提到,mRNA不會進入細胞核(基因所在的位置),且mRNA為核糖核酸,基因是DNA(去氧核糖核酸),所以也不可能造成基因的改變。

那麼,如牛津-阿斯特捷利康與嬌生等攜帶DNA的腺病毒疫苗會不會造成基因的改變呢?

就如同描述的,這兩種疫苗都是用腺病毒載體(adenovirus vector)攜帶著病毒的棘蛋白基因。牛津-阿斯特捷利康疫苗使用的是猿猴(simian)的腺病毒,嬌生疫苗使用的是人類的腺病毒。不論是哪一種腺病毒,這兩種腺病毒載體都無法複製自己的基因體,因此這兩種疫苗的腺病毒一旦進入人體,只會負責把棘蛋白基因帶到細胞核中,讓棘蛋白基因轉錄(transcribe)出mRNA,然後mRNA再送到細胞質中去進行轉譯(translate)產生蛋白質(棘蛋白),提供給免疫細胞來辨認、產生抗體,讓我們得到免疫力;另外,腺病毒也不具備有把自己的基因體插入人類基因的能力。

所以,不論是mRNA疫苗或DNA疫苗,都不可能改變你的基因。

參考文獻:

Wikipedia. Oxford–AstraZeneca COVID-19 vaccine.

Wikipedia. Johnson & Johnson COVID-19 vaccine.

2021年6月28日 星期一

mRNA疫苗不會讓你變成基改(轉基因)生物

 

圖片來源:衛福部網站

「mRNA疫苗含有一段可轉譯成SARS-CoV-2病毒棘蛋白(病毒結構蛋白之一,為目前SARS-CoV-2疫苗選定之疫苗抗原)的mRNA,接種後在人體細胞質內製造棘蛋白此疫苗抗原並釋出細胞外,進而刺激免疫系統產生對抗SARS-CoV-2棘蛋白的細胞免疫力與體液免疫力。」(引用自衛福部資料) 

對於覺得以上文字太難的人,簡單一點說,就是: 

我們的免疫細胞,會辨認病原(在這裡是新冠病毒)表面的蛋白質,產生抗體。如果這個抗體是可以成功對抗新冠病毒的,那麼我們就可以說,我們對新冠病毒有了抵抗力。所謂的疫苗注射,就是用方法讓我們的免疫細胞先認得病毒的蛋白質,然後等到真的有病毒入侵,我們就不怕這個病毒了。

蛋白質是怎麼製造出來的呢?我們的細胞核裡面有基因(由去氧核糖核酸[DNA]構成),這個基因會先在細胞核中被「影印」,產生mRNA(信使RNA,信使核糖核酸)這個「影印本」,然後mRNA被送到細胞質裡以後,細胞的轉譯系統(核糖體[ribosome]、轉移RNA[tRNA, transfer RNA]等等)再照著影印本的意思被做成蛋白質。

目前市面上的mRNA疫苗,如莫德納(Moderna)、輝瑞(Pfizer)疫苗,就是直接把位於新冠病毒(SARS-CoV-2)外殼的棘蛋白(spike protein)基因的影印本(mRNA)送進細胞裡,接著在細胞質裡就會被做成蛋白質,然後我們的免疫細胞就會對棘蛋白產生抗體。

為什麼要選棘蛋白?因為新冠病毒的外殼上就有非常多的棘蛋白,而且新冠病毒就是用這個棘蛋白來與我們細胞上的受體ACE2結合,來感染人類細胞。因此,如果可以產生對棘蛋白的抗體,便可以有效防止病毒進入人體。

基因的影印本(mRNA)是非常不穩定的,它們很快就會被分解掉。它只能留在細胞質裡面,無法進入細胞核,所以也不可能會去改變基因,讓我們變成基改生物。另外,我們的基因是由DNA(去氧核糖核酸)構成,構造與mRNA不同,mRNA無法直接插入DNA,所以也不可能來改變我們的基因。

2021年6月24日 星期四

在太空站洗衣服

 

圖片來源:維基百科

知道太空人不洗衣服的嗎?

因為太空站空間有限,所以過去沒有把洗衣服這件事規劃進去。那麼太空人要怎麼處理髒衣服呢?過去他們都是把衣服穿到又髒又臭,然後直接扔掉;而這些衣服因為太空人們每天都要運動至少兩小時來預防無重力狀態下造成的肌肉萎縮與骨質流失,所以這些衣服真的都很髒又很臭。

每位太空人每週要丟掉兩套運動服跟襪子。過去都是直接把這些衣服燒掉。每年每位太空人要消耗150磅(68公斤)的衣服。

但是這樣真的很不環保,所以太空總署規劃要在太空站內設置洗衣設備。他們會開發超省水的洗衣機,以及在無重力狀態下還能正常發揮功能的酵素洗衣精。這樣太空人們就可以在太空站洗衣服了。

可能會有讀者覺得,不能直接拿地球上的洗衣精來用嗎?要讓洗衣精在無重力狀態下正常發揮,應該會需要它們能夠吸附在衣物纖維上,這樣洗衣精的介面活性劑才能跟衣物上的污漬發生交互作用。而在無重力狀態下洗衣機內水是否能與髒衣服充分混合,也是另一個問題。

所以太空總署將與寶鹼(Procter & Gamble)合作,開發能在太空中使用的洗衣精與洗衣機。洗衣精會先在今年的12月送到太空站去實驗,而洗衣機的開發就更不容易了,因為除了需要超省水以外,太空總署還要求洗衣機要能夠回收並濾淨洗完衣服的髒水。

可預見的是,這些技術的開發,未來應該可以為我們的洗衣技術帶來革新。

參考文獻:

2021年6月23日 星期三

乖乖關在家裡真的很難!

 

圖片來源:維基百科

乖乖關在家裡好像真的很難。

台灣這陣子(2021)也因為alpha變種病毒的關係,從五月開始進入了三級警戒,室內不得超過五人、室外不得超過十人;但還是不斷地聽到有人打麻將、喝酒等等。到底這些群聚活動是不是真的跟新冠肺炎的傳播有關呢?

一項美國的研究發現,從2020/01-2020/10,將290萬戶的醫療保險資料與生日進行相關性研究後發現,生日後兩週出現新冠肺炎疫情的機率上升三成一。

如果這個生日是小朋友的生日,出現新冠肺炎的機率會上升到57%。

也就是說,雖然大家都知道在疫情期間應該要乖乖地關在家裡,但是真的要老老實實關在家裡還是蠻難的。

在台灣,這類所謂的非正式聚會大概就是打麻將;在花蓮,還要加上烤肉。只是這些就沒有像生日這麼容易抓資料來做研究了。

參考文獻:

JAMA Intern Med. Published online June 21, 2021. doi:10.1001/jamainternmed.2021.2915

2021年6月2日 星期三

人類基因體定序(genome sequencing)終於全部完成

 

人類基因體序列印成書的樣子。圖片來源:維基百科

雖然Celera Genomics與國際人類基因體定序集團(International Human Genome Sequencing Consortium)都在2001年宣稱他們完成了人類基因體定序,但其實他們只完成了真染色質(euchromatin,也稱為常染色質)的部分。至於異染色質(heterochromatin)部分以及一些構造比較複雜的部分--加起來總共約佔整個基因體的8%--要不就是沒有完成、要不就是有許多錯誤。

異染色質區域之所以難以解讀,主要是因為它們結構緊密,造成解讀上的困難。異染色質一般分布於細胞核的邊緣地帶,包括了不具遺傳活性的衛星序列、著絲粒及端粒區域,其中的基因皆受到不同程度抑制,在細胞週期的S期(S phase)中,異染色質也比真染色質更晚進行複製。

最近,端粒到端粒集團(Telomere-to-Telomere (T2T) Consortium)運用新的技術,把剩下的8%定序完成了。整個人類基因體約為30.55億鹼基對(base pairs),新增加的兩億鹼基對的序列,共有2,226個基因,其中115個可產生蛋白質。

目前研究團隊先把資料發表在bioRxiv這個平台上(也就是說,還沒經過同儕審查)。

參考文獻:

The complete sequence of a human genome. bioRxiv.