这是转自成大临医所蔡曜声老师的一篇演讲附录文章 蔡曜声是今年诺贝尔奖得主Oliver Smithies的学生之一，文章分两部分 第一是有关Oliver Smithies的成就：基因剔除模式小鼠的发展 这类小鼠的出现，也让许多疾病的分子病理机转得以露出曙光 其重要性可以从各大期刊中的文章，几乎都有基因剔除小鼠的出现也就不难得知了 难怪，实验室里的研究者常常戏称「没有基因剔除小鼠，就别想丢到知名期刊了。」 第二段我则节录片段有关这位诺贝尔奖得主的一些描述 若有侵权，烦请告知，我会立即删除文章。 --------------------------------------------------------------------------- 订制人类疾病小鼠 小鼠基因标定技术，为熟知的基因剔除技术，在2007年获得了诺贝尔生理与医学奖的青睐 。利用小鼠的胚胎干细胞，科学家能够针对特定的基因进行修饰作用。而发展出此项技术 的三位科学家：犹他大学的马里欧.卡佩奇 (Mario R. Capecchi)、英国加地夫大学的马 丁.埃文斯 (Martin J. Evans)及北卡罗来纳大学教堂山分校的Oliver Smithies，则共 同分享了这份荣耀。 随着基因标定技术的发展，科学家几乎可以针对小鼠基因体进行任何DNA修饰动作，如此 便能够厘清某一基因在人类健康与疾病上所扮演的角色。迄今，已有超过一万个小鼠基因 ，利用了基因标定技术进行研究，而这样的基因数目，已将近哺乳类动物基因总数的一半 ！这项技术目前已被利用在许多人类疾病的研究上，像是心血管疾病、神经退化性疾病、 糖尿病及癌症等。对於未来，国际间也已经有了合作计画，预计在2010年以前於小鼠达 成约两万个基因剔除的目标！ 1980年代的研究：创新、和谐及美妙的三重奏 有许多方法能够运用来进行基因修饰动作。同源重组是发生在两个序列极度相似的DNA片段 上，彼此重新排列而进行互换。运用此原理，我们能将特定的DNA片段放置在预定的位置 上。事实上，在1958年Joshua Lederberg正是利用细菌的研究，发现同源重组的现象，而 获颁诺贝尔奖。而在哺乳类细胞的同源重组效率并非很高。在1980年代初期，Smithies试 图利用修补突变基因的方式，治疗遗传性疾病，及现今所谓的基因治疗，在此目标下， Smithies发现哺乳类细胞内的基因确实能够被标记并置换。他将这项重大的发现发表在 1985年的Nature中，证实他是如何成功地在红白血病细胞中，利用同源重组的方式，将 一个质体插入染色体上的beta-globin基因。 在同一时期，卡佩奇也在1982年独立的观察到哺乳类细胞中，被转入的DNA能够与染色体 上的亲源序列进行同源重组。随後在1986年，卡佩奇更证实了藉由特殊筛选机制，同源 重组的发生频率应足以直接应用在哺乳类的基因操作上。 因此在1986年前，Smithies与卡佩奇所发展的技术已经能够应用在哺乳类细胞层级，但 却还不足以能够制造出基因改造的动物。若要顺利制作出基因改造的实验动物，仍有待 另一项关键的突破：胚胎干细胞。 早在1981年，另一位科学家埃文斯即成功的从小鼠胚胎中分离出小鼠胚胎干细胞。1984年 ，埃文斯与其团对更在Nature中发表，证明经过分离及培养的胚胎干细胞能够藉由注射方 式送回小鼠囊胚，并且移回代理孕母，紧接着在1986年，埃文斯试着将病毒基因转入胚胎 干细胞中进行基因修饰，结果也显示病毒的DNA确实送入的胚胎干细胞，嵌合後，出现在 小鼠的生殖细胞。 1985年，Smithies便与埃文斯电话联络，并且讨论合作的可能。埃文斯随即停止他的实验 ，带着胚胎干细胞样本立即飞往美国。埃文斯刚回到英国不久，卡佩奇也立刻去英国拜访 了埃文斯，并且向他请教了胚胎干细胞的相关技术。两年後，1987年Smithies首度利用培 养的胚胎干细胞，以同源重组的原理，成功的修正了HRPT突变基因 (一个造成莱施-耐恩 二氏症候群的关键性遗传性突变基因）。同年，卡佩奇也在胚胎干细胞中，利用了 neomycin抗生素耐受基因终止了正常的HRPT基因的功能。置入抗生素耐受基因的策略， 使得基因重组的过程中能够进行正负筛选动作，而这样的设计则纳入了现今大部分的 基因剔除固定流程中。 1987年Smithies及卡佩奇两个团队，各自将他们在胚胎干细胞所进行的基因操作技术， 发表在两篇重要的文献之後，1989年HRPT基因修正小鼠及其他基因剔除小鼠分别诞生 於Smithies及其他实验室。这些基因改造小鼠及剔除小鼠的诞生，开启了基因遗传研究 的新纪元。 在生物医学研究的重要性 在基因标定技术发展以前，我们只能透过人类或动物体上自然出现的基因突变，了解某 个特定基因的功能角色，使得科学家们的研究处於被动。并且由於只能利用遗传的关联 分析，及统计学的关系计算，部分的特定基因也只能暧昧的牵扯进某种疾病。尽管过去 也可以利用添加方式调整基因产量来了解基因功能 (按：over-expression)，但却无法 解决基因与疾病之间的因果关系。凭藉剔除特定基因进而了解基因功能，便可以区分基因 与疾病的因果关系或相互作用。Smithies、卡佩奇与埃文斯的重大发展，彻底改变当代 的生物医学研究，也因为他们建立了小鼠的基因改造模式，後续其他研究群更产生了相 当多的基因改造小鼠，使得越来越多的研究者舍弃大鼠，转而利用小鼠作为研究模式。 这项技术的运用在生物医学领域也飞快成长。对於解决人类疾病的问题，新的治疗机制将 被建立在基因标定小鼠模式的基础上。 进观诺贝尔奖得主：Oliver Smithies 从蛋白质化学到蛋白质遗传学的转变 1925年，Smithies出生於英国，并且从小就想当个发明家。1950年他在加拿大的多伦多 大学接下了第一份工作，并且开始他人生中第一个重大的发明。他最早的计画是关於胰岛 素的研究，他相信胰岛素是一个前驱物质，为了验证他的想法，他必须找出可以将胰岛素 跟胰岛素前驱物质区分的方法。最後，他利用煮过的马铃薯淀粉形成的胶体，放入胰岛素 於胶体中，经由电流使其达到分离的效果，因此发展出高解析度胶体电泳的技术。这个点 子在1955年公布，并且成为日後最常被引用的生物科学文献。高解析度胶体电泳技术的 开发，也使Smithies获得了着名的Gairdner Foundation International Award奖项。 凭藉好用的研究工具，他开始观察是否蛋白质会受到遗传因子的影响而出现变异。在胶体 电泳中，他发现血液里肝球蛋白 (hepatoglobin)出现的对偶基因变异性是因为染色体重组 互换所造成的结果。他利用自己制作的简易PCR机器 （按：当时PCR机器尚未发明）选殖 出第二的人类基因--胎儿球蛋白基因。他提出证据指出，胎儿球蛋白的对偶基因变异，是 由於同源重组现象所造成。这现象使他从一个蛋白质化学家变成了蛋白质遗传学家，也 使他开始致力於同源重组的研究。 对科学的热忱 至今已82高龄的他，仍然每天亲自做实验。他依然使用着过去他发明的乾式胶体电泳，并 且还使用他开发制作的温度循环水槽进行聚合酶链锁反应，那是在聚合酶链锁反应自动 机器还未被发展出来前就已经架好，历经20年的古董。他只是热爱在工作当中，并且 渴望了解现象是如何发生的。「并不是成就感，」他解释：「好奇心是让我想要这样的 工作态度，尝试去解决问题，并且获得解答。」他接着说：「当你置身在研究工作当中， 每一天都有件事物能让你享乐其中，那麽科学研究一点也不会无聊，因为每天都有新的 发现在等你。」 Smithies分享着他最爱的三样兴趣：做科学、和太太Nobuyo一起吃午餐及开着他的小飞机 在天空遨翔。不过大家都不太敢领教他的飞航功力，包括他的太太也是。Smithies说：「 当你飞翔在云层中，却只能完全依靠简单的仪表找出你现在所在的位置，那种感觉就好像 是在伸手不见五指的暗房里，透过显影剂等待着实验结果在底片出现一样。」（按：我都 是狂流汗，好结果兴奋得一身汗，坏结果也是一身冷汗。） --

※ 发信站: 批踢踢实业坊(ptt.cc) ◆ From: 219.87.225.147