基改科技與生活之紮根教育研習營

上個禮拜7月4日、5日去竹南的台灣動物科技研究所參加了基改科技與生活之紮根教育研習營。

第一天是四場演講及座談會,主題和講師分別是
  • 哺乳類動物基因轉殖及複製 台灣動物科技研究所 杜清富組長
  • 魚類(經濟魚與觀賞魚)基因轉殖與生活 台大分子與細胞生物學研究所 蔡懷楨教授
  • 基改食品規範與生活 衛生署食品衛生處 林信堂高級研究員
  • 植物基因轉殖與生活 台大植物科學研究所 葉開溫教授
第二天是實習課程
  • 取小鼠胚技術實習
  • 基因顯微注射技術實習
  • 胚移置技術實習
  • 轉殖基因螢光鑑定技術實習
  • 抽RNA
參加這個研習營實在很有收穫,幫我澄清了一些觀念,另外也操作了一些基因轉殖的方式,像是做基因顯微注射,雖然以後未必用得到。

以下是我做的筆記,大概也只有我看得懂吧?
  • 基因轉殖已經可以跨「界」,突破種間的限制。人的胰島素基因可轉殖到植物,或是把抗凍基因轉殖給草莓。
  • 基因轉殖家禽家畜是以人為的方式使家畜禽帶有一段外來遺傳基因,可表現所期望的性狀,並且可健康地傳給後裔,後裔可穩定表現相同性狀。這個外來的基因必須能夠性腺傳承,如此才能傳給下一代。
  • 基因改造(Gene Modification, GM)包含基因轉殖(Transgenic,Tg)和Gene knock out and knock in。
  • 哺乳動物基因轉殖和複製技術包含胚原核顯微注射法、精子載體法、反轉錄病毒轉染法、核轉置法。
  • 用HIV病毒顆粒可以去感染不易分裂的細胞,如神經細胞。未來可能可以使有問題的神經細胞重新製造多巴胺,用以治療阿茲海默症。
基因轉殖技術的應用
  1. 研究大部分DNA序列在活體所扮演的角色和功能。
  2. 改變家畜經濟性狀
    1. 改善生長速率、提高飼料效(增加植酸、纖維素消化)
      1. 消化植酸的環保豬,可以減少豬糞的磷、生長性能增加。最近有新聞喔!環保豬 只吃草 糞不臭
    2. 改變畜產品性質:豬肉品質提高、牛奶具有人奶的成份
    3. 健康食品:抗過敏羊奶、養生羊奶、雞蛋
    4. 抗病、抗熱等:如豬乳鐵蛋白基因轉殖豬
  3. 當作家畜藥廠:生產具醫療價值及高價蛋白質,至少60種醫藥蛋白質,例如人類第八、九凝血因子
  4. 異種器官移植
  5. 臨床實驗動物
  6. 生物鋼:基因轉殖山羊生產蜘蛛絲
  • 複製動物的問題:複製成功機率低於1%,染色體的telomere減短提早老化(但尚無定論,牛、豬無此現象)、基因之再程序化(就像在跑程式一樣,已經跑到1000多行了,要它再重跑一次,會不會有問題?)、受核卵的來源、巨胎現象
  • 近年有新的基因轉殖的模式生物:斑馬魚(Danio rerio)、稻田魚(Oryzias latipes),後者又稱青鱂魚,卵生,日本稱為目高,台灣也有野外種(以前?)。
  • 魚類的模式生物優點:基因轉殖簡易,可直接觀察基因表現。胚胎透明,可觀察發育的動態表現,可觀察早期胚胎發育過程。有些斑馬魚突變種特徵與人類疾病相似,可用來研究人類疾病機制、基因治療及藥物篩選。卵徑大,用光可控制排卵,每天可以排卵,無排卵期,成熟期2、3個月,基因體大小只有哺乳類的20~40 %。
  • 利用精子載體法是近年來魚類轉殖的新技術,簡單、方便,一次可處理數以萬計的魚卵。
  • 魚類轉殖外來基因成功例子:將北極區魚類的抗凍蛋白基因轉殖到大西洋鮭。轉殖GH基因,直接在染色體增加基因套數,可達成永久性的效果,可使魚成長快速。
  • 轉殖基因是否能成功取決於:需在一細胞期就轉殖,否則會產生部份器官組織沒有外來基因,形成鑲嵌體(mosaicism) 。有些轉殖基因未嵌入基因組中,導致後代未必能穩定存在轉殖基因。
  • 在藥物的安全檢測上,可以用魚的胚胎發育,了解孕婦用藥是否會影響胎兒的血管發育。有些藥品會影響瓣膜發育,使血液逆流,利用魚胚來實驗,可以確認孕婦是否可以用此藥。
  • 以螢光劑注射產生的螢光魚,眼睛不會產生螢光。
  • 真正的螢光魚是基因轉殖魚,把外來的DNA片段注入受精卵中,經過培育、外表篩選、DNA檢驗,能穩定遺傳。外來的基因是由魚本身的啟動子加上水母綠螢光或珊瑚紅螢光所組成。
  • 基因轉殖技術應用在水產養殖,可以生產耐寒、耐鹽、抗凍、抗病、生長迅速、肉質佳的種苗。但須注意不能對生態環境造成衝擊:生長快的相對是環境的優勢族群,如果逸出,會影響生態平衡。解決的方式是讓基因轉殖的後代沒有孕育能力(處理成三倍體或性轉變)。
  • 世界上第一個基因改造食品是基因改造蕃茄,於1994年美國加州上市。
  • 市面上基改食品的呈現方式有三大類:食品本身含有新基因(如抗除草劑的黃豆)、加工食品成份含有新基因(如基改黃豆做出的豆腐)、純化精製的食品,純化後不含新基因(沙拉油、玉米澱粉)
  • 基因改造作物的四大議題:食品安全、環境生態、社會倫理、國際貿易
  • 基改生物當食品或飼料的安全疑慮:改變原有成份的含量(營養成份、毒性、過敏原)、產生新成份。
  • 基改生物對環境的影響疑慮:基改作物藉花粉傳播基因改變野生種、基改生物成為優勢物種,全球作物品種單純化。
  • 社會倫理的疑慮:吃素的吃到動物基因,科學家扮演上帝,違反自然。生命智財權
  • 全球四大基改作物:大豆、玉米、棉花、油菜。特性以抗除草劑、抗病蟲害為主。
  • 2006年時,基改大豆佔大豆總面積70%、基改玉米佔30%以上。
  • 台灣每年進口黃豆250萬公噸、玉米500萬公噸。基於消費者知的權利及選擇的自由,基改食品必須標示。
  • 以基改黃豆、玉米為原料,且佔最終產品總重量5%以上的食品應標示「基因改造」或「含基因改造」
  • 以非基改的黃豆、玉米為原料的食品,可以不標示(如金牛角零嘴),也可以標示「非基因改造」或「不是基因改造」(如義美食品)
  • 過去有杏仁茶的產品標示為非基因改造,後來都被更正。如此標示會讓消費者誤以為有基改的杏仁,但目前並沒有基改杏仁。
  • 以基改黃豆、玉米製造的醬油、沙拉油、玉米油、玉米糖漿、玉米澱粉得免標示「基因改造」。原因:外來基因不會改變油脂組成,精製純化後不會有外來基因片段或蛋白質(已形成核酸、peptide鏈),且現在技術無法檢測。
  • 基改抗病蟲害玉米,可減少因病蟲害帶來的黴菌感染,降低黴菌的毒素。
  • 基改的黃金米可防治維生素A缺乏症,未來可救助第三世界。
  • 基改後高產量的作物,可用於生質能。
  • 台灣基改食品的容許量為5%,原因:大宗穀物以散裝進口亦有混雜異物,所以設定容許量。
  • 基改食品的相關中文網站:
    • http://food.doh.gov.tw
    • http://gmo.doh.gov.tw
  • 從傳統的植物育種來看,作物本就混雜了其他植物的基因甚至染色體。我們現在的作物大多數都不是自然界存在的生物。例如麥子、玉米、蘿蔔、萵苣等。(詳細的圖片資料可見此份簡報檔。),如果反對吃下外來基因,那這謝古老育種得來的作物其實就帶了很多外來基因,甚至整條染色體。
第二天的實習課程,上午我先的是分生部份,真是佩服作分生的人,做的都是看不見的東西,要我從裡面獲得興趣實在有困難。

下午做的是從懷孕母鼠取出胚,注入外來基因,再移到代理孕母體內。這些流程是這群研究人員的家常便飯,我們只是從中插花,學一點的技術。

首先將懷孕母鼠作頸椎脫臼犧牲:把鼠放在籠子上,手抓住母鼠尾巴末端,鑷子架住頸椎處,尾巴往後拉,聽到脫臼聲音後完成犧牲。解剖後剪下卵巢和輸卵管,在解剖顯微鏡下找到輸卵管繖部,把胚沖出來。清理後移置到培養液中,然後在顯微鏡下把DNA溶液用極細的針頭插入雄原核或是雌原核。然後把代理孕母麻醉,從背部動手術,挑出輸卵管,把剛剛基因注射成功的胚送進代理孕母體內。然後就是等小鼠出生,驗基因看是否轉殖成功。據研究人員說,成功率約在一成左右。然後要再讓這些子代繼續生殖。有些情況在數代後,轉殖的基因會消失,不過還好他們會留下早期成功子代的冷凍胚,所以至少不用從頭再來。

比起上午的實驗,下午的有意思多了,至少我看得到我在做什麼,忍不住再度讚嘆作分子生物的人啊。

老鼠以前是解剖過,不過是用乙醚麻醉。這次用頸椎脫臼倒是頭一遭,雖然以前就聽梅子轉述過這種犧牲方法,不過自己動手還是挺五味雜陳的。(我想我還是玩我的屍體就好了)

取出胚之後要做移置,把它從這個培養皿移到那個培養皿。(說是說胚啦,不過這個時候還只是一個卵細胞裡頭有雄原核和雌原核的時期)

移動的方式,當然不會是拿筷子或是湯匙、鑷子去挑,而是要自己拉毛細管套在塑膠管上,嘴巴含著塑膠管吸吐,手口互助來挑胚。跟纖毛蟲挑克隆的方法應該是一樣的。

最有意思的是做基因顯微注射,因為那個畫面常常看到,只是從來不知道應該怎麼做。

有點可惜,我去做的時候忘記拍照片啦,不然就可以圖文並茂來說明。操作顯微注射的顯微鏡外接了很多設備,像是搖桿、旋鈕、機器手臂。看起來還真像是在玩電動。

首先得用遙桿、旋鈕等操作左邊的大吸管,把卵吸住,又不能吸得太用力,不然會像吸豆花一樣,把卵吸爆。然後操作右邊的毛細管做成的針插進細胞裡的雄原核。也要注意不能插太久、拔太慢。不然細胞會脹破或是或是核膜、胞膜破掉。

兩天的研習很有收穫,不過聽主辦單位說,各地的教育局不太支持,所以也就沒什麼人參加。很可惜耶,我原本以為會看到很多熟面孔,沒想到沒有一個認識的。

這場會議的資料可以在
http://www.atit.org.tw/tg/tg/index.htm
相關研討會裡下載,雖然網站放的是前幾年的資料,不過很多和今年的差不多,另外也有些實驗操作的影片。

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