性別決定專題(下)

近年來,除了與性聯染色體直接相關的疾病(例如血友病)以外,我們也知道,許多疾病(例如糖尿病、中風、心血管疾病),性別的差異也體現在患病率以及藥物治療的效率上。然而,性別科學的研究如何在疾病上有所貢獻呢?有興趣的朋友,不要錯過本月份Investigator為大家延續性別研究的歷程,以及在醫藥界的外來展望。
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性別決定專題(上)

生物的性別決定系統是性特徵發展的依據,某些生物中,性別是由環境或社會因素所決定,而我們所熟知的大部份動植物則取決於遺傳物質,尤其是特定染色體上的差異。人類很早就提出各種論述解釋性別決定的機制,只是這些論點限於當時的科學技術在日後幾乎全部被推翻。混亂而錯誤的觀念遲至1677年在顯微鏡下見到精子1,方能證明精子中沒有藏著小小的生物個體。接下來直到十八世紀初正式觀察到哺乳動物的卵子以及在1902年確認的X和Y染色體的存在2,生殖與繁殖的起始才有了科學化的認知。今日在分子生物學與系統生物學的蓬勃發展下,可以確定的是:生物的性別決定過程,無論是環境決定性別或是基因決定的系統,都不只牽扯少數幾個基因,而是取決於整體調控網路運作。有性生殖並具備兩性異形的雌雄個體中,性別決定因子或因子群分別影響了整個發育過程相關的轉錄、修飾、剪切,轉譯而最後産生不同的蛋白,這些蛋白產物再調控或是激發其他基因網路而產生不同的表現性,由此而産生了生殖性別的差異。
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結構生物學 (Structural Biology) 專題

 

圖 四 倫琴妻子左手戴著戒指的 X-ray 照片與出自英國科學家富蘭克林 (Rosalind Elsie Franklin) 之手 B 型 DNA 晶體繞射照片。[2] 資料來源: http://goo.gl/iQybgg

古人說的好,眼見為憑、seeing is believing。所以自古以來,「觀察」可說是科學研究的第一步。但是對於非肉眼直接可見的世界,到底什麼樣的程度叫「看見」?對生命科學來說,從 17 世紀英國科學家虎克(Robert Hooke) 在光學顯微鏡下觀察到軟木塞的小方格命名為「細胞」的英文「cell」和荷蘭科學家雷文霍克(Antony van Leeuwenhoek)堅持的打磨設計透鏡觀察到微生物的那天起,人類就為了能看見更清楚的生命而奮力不懈。生命科學中最「小心眼」的科學從生物化學、生物物理學到分子生物學,著重生命中最接近非生命的部分 – 核酸與蛋白質等等。科學家試圖以各式各樣的研究方法與工具,了解這些生物巨分子如何完成「生命」這件事。這篇文章將概述結構生物學,以及目前常用的研究工具的研究策略,並討論目前的研究趨勢。

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Beyond model antigens 超越極限

圖五、Single-cell transcriptomics。a. 先以流式細胞儀分離出有興趣的細胞次群;b. 置入125-pl體積的凹槽中;c. 萃取mRNA;d. e. 以次世代定序技術NGS定序;f. 送入data base分析(DeKosky et al. Nat Biotechnol. 2013 31(2):166-9.)

隨著21世紀初期人類基因圖譜計畫的落幕,後基因體時代的來臨,並未使科學家對人類與疾病相關的問題有了較清晰的答案,反而因為過於大量的訊息,令人不知該如何解讀。為了突破,生物學家一方面試圖從龐大的資訊中,搜尋自己有興趣的基因,進行更深入的分析;另一方面,生物資訊學家嘗試利用不同的數學模型,為過度複雜的訊息理出頭緒,進行解碼。

其中,尤以後天免疫B和T細胞,因體細胞基因重組(Somatic gene recombination, VDJ recombination)等機制,基因和細胞表現極為複雜,更是難以捉摸。以一個人體內的T細胞為例,經估算高達2 x 107種(Arstila et al. Science. 1999 286(5441):958-61.),每一種細胞表現一個特定專一性的T細胞接受體(TCR)。這些T細胞與病原之間的關係,要如何有效地歸納、分析,一直是免疫學家致力探討的問題。 Continue reading

淺談分子生物學工具於神經解剖的近來突破及應用

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圖片來源:Pollock JD, Wu D-Y, Satterlee JS. Molecular neuroanatomy: a generation of progress. Trends Neurosci. 2014;37(2):106–23. doi:10.1016/j.tins.2013.11.001.

背景:從 Cajal 到 Connectome

人腦估計約有1000億個神經元,兩萬多個人類基因中,神經元表現其中的80% 1,種類成百上千,兼有各種形態。縱橫交錯的神經網絡,掌控生理功能、運動、感覺、反射及思考,可說是人體最複雜而且迷人的器官。剖析複雜神經路徑如何調控這些生理功能, 一直是神經科學家最大的挑戰和目標,即便今天,我們仍對大部份的神經元運作的功能所知有限。

十九二十世紀之交,神經科學的祖師爺Cajal 以銀染法(Golgi’s stain),在光學顯微鏡下,一筆一筆描繪出神經系統中各種不同樣貌的神經元,開啓了神經解剖的濫觴2。 1970年代發現了可跨越突觸的neural tracers,使神經科學家得以找出神經傳導的路徑,也開啟了神經解剖學的黃金時代。然而,過去的神經路徑追蹤方法可以標定特定區域之突觸前或突觸後神經元之位置,卻有幾個主要的限制1. 在注射部位的各種神經元都會提取這些tracer,並不具特異性2. 僅知道突觸前與突觸後神經元的解剖位置,但無法得知其分子表現特徵。 也因此分類神經細胞、剖析其路徑及功能一直是重要但困難的問題。

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腦機介面 (Brain-Computer Interface) 專題 (下)

1(圖片來源:The Economist, 2011 [http://goo.gl/LMwyPX])

各位引頸期盼的腦機介面下集來囉!用意念來控制電腦機器不再是天方夜譚,但是要如何偵測腦波訊號,並且從中提取特徵、判讀意念,並且轉化為機器指令,仍有待進一步的研究來達成。上集的腦波介面專題為大家介紹了腦波產生的原理與偵測方法,以及腦波訊號的特徵。接下來,徐聖修學長與Investigator將繼續為讀者帶來腦波訊號的處理方式以及現今腦機介面的實際應用。

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腦機介面 (Brain-Computer Interface) 專題 (上)

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(圖片來源:The Economist, 2011 [http://goo.gl/LMwyPX])

還記得 <駭客任務> 救世主Neo連上電腦主機後,便可進入母體,與其他程式互動甚至和病毒打鬥?還記得 <阿凡達> 原本雙腳殘廢的男主角躺進機器裡,便可控制阿凡達,進入他們的世界?甚至遠在二十年前,日本動畫 <攻殼機動隊> 所建構西元2030年的世界,意識或靈魂可以操控各種機器的軀殼……

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