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＊本文與《基因啟示》合作刊出＊
（本篇照片皆由東臺傳播股份有限公司提供）

新冠疫情的爆發，大大改變人類的生活。在這場人類與病毒的攻防戰中，最關鍵的資訊莫過於病毒的「基因」了。在科技如此發達的現在，科學家掌握迅速分析基因的能力，更能夠進行基因編輯，改變物種的生命現象。只是，生物科技的發展，是否真能守住地球萬物的和平共存與生生不息？

這是即將在民視播出的《基因啟示—解碼與編輯》的緣起，節目架構以「基因」為主，科技為輔，探討小至個體、大至整個社會所衍伸出的各種因果。本節目更邀請知名脫口秀演員曾博恩擔任主持人。曾博恩畢業於巴黎第六大學（Université Paris VI）整合生物研究所，對《基因啟示》裡的科學內容十分了解。他將以幽默風趣的口吻，深入淺出的介紹基因的奧祕。

節目的第一集就要從新冠疫情的變種病毒切入，揭開「基因」的神祕面紗……

節目主持人博恩

新型冠狀病毒（SARS-CoV-2，簡稱新冠病毒）在2019 年底首次現蹤，數月之內就引起全球大流行，至今確診人數累積已突破六億，是近代規模最大的流行病。在嚴重特殊傳染性肺炎（COVID-19）席捲全球超過三年半的時間裡，各國科學家致力研究病毒並開發治療藥物、疫苗，期間一度認為有機會壓制疫情，無奈新冠病毒變異株仍陸續出現。今（2022）年6 月17 日在美國知名科學期刊《自然》（Nature）發表的研究更指出，新冠變種病毒Omicron 的亞型變異株BA.2.12.1、BA.4 與BA.5 不但發展出更強的傳染力，而且還能逃避人類感染BA.1 後產生的抗體。未來即使曾經感染BA.1，或施打針對BA.1 設計的疫苗，依然有很高的機率重複染疫。

生物的設計藍圖就在基因裡

依目前病毒的突變速度，新冠病毒的大流行在短期之內還看不到盡頭，人類與病毒的攻防將持續下去。而人類在了解病毒發展以及擬定對抗病毒的策略時，最關鍵的資訊就是掌握病毒的「基因」了。基因就像是設計圖，每種生物本身的基因都記載了該生物的各樣資訊，像是外貌特徵和生長繁殖機制等。而子代從親代繼承這些基因，因此獲得與上一代相似的特徵，這樣的現象稱作「遺傳」。

比較有系統性的遺傳概念最早是在1866 年由奧地利修道士孟德爾（Gregor Mendel）提出，他進行一連串豌豆雜交實驗，並觀察豌豆子代的外貌特徵，發現有「某些物質」會經由親代傳遞給子代，並且依循著某些規則影響子代的外在形態。在將近百年之後，由美國生物學家赫雪（Alfred Hershey）與蔡司（Martha Chase）藉由放射性元素標示噬菌體在細菌進行複製的實驗，終於確認遺傳物質是去氧核醣核酸（deoxyribonucleic acid, DNA）。

在第一集《基因啟示》中，長庚大學生物醫學系特聘教授兼系主任羅時成告訴我們，DNA是由腺嘌呤（adenine, A）、胸腺嘧啶（thymine, T）、胞嘧啶（cytosine, C）、鳥嘌呤（guanine, G）四種核苷酸為基本單位組合而成的雙股螺旋結構，漫長的DNA中摻雜著帶有功能或是沒有任何意義的核苷酸序列。作為遺傳物質的基本單位，「基因」就是一小段帶有訊息或功能的DNA 序列，經由特定酵素轉錄成信使核糖核酸（messenger RNA, mRNA），再轉譯成相對應的胺基酸。最後經過連接、修飾才成為蛋白質，組成生物體的各個部位。

羅時成教授在《基因啟示》節目中，為觀眾介紹何為基因。

因此，了解一種生物完整的基因序列，就掌握了生物大部分的資訊。長庚大學醫學生物技術暨檢驗學系特聘教授施信如也在節目中提到，在擬定對付新冠病毒的策略時，病毒基因序列是非常重要的資料，只要解開病毒的基因序列，就可以知道該病毒結構長什麼模樣，是經由什麼機制進到細胞裡，又會如何複製、誘發細胞凋亡。

長久累積的基因研究為抗疫重要利器

其實基因定序在幾十年前原本是耗費龐大金錢與人力成本的研究，但現在使用的次世代定序儀能夠在幾天內快速地解開數量龐大的基因密碼。就像新冠病毒中三萬多個核苷酸的基因序列，可以在一兩天內定序完成，讓醫療研究人員針對關鍵的基因下手處理。

「當我們已經知道哪些基因在病毒複製時扮演關鍵角色，就可以針對這些片段去尋找或設計小分子藥物來壓制該基因的表現，阻斷病毒的複製流程。」施信如舉例說明。而對抗病毒的另一種手段：疫苗，同樣也需要病毒的基因資訊。它在進到人體後激發免疫反應並產生抗體的外來物質稱作抗原，以新冠病毒來說，病毒表面用來與人體細胞結合的棘蛋白就是常用的抗原。

施信如教授在節目中提到，了解新冠病毒的完整基因序列非常重要，因為就能藉此擬定作戰策略。

美國輝瑞公司（Pfizer）／ BioNTech 公司（BNT）、莫德納生物技術公司（Moderna）研發的mRNA疫苗，作用原理是把抗原⸺病毒棘蛋白基因的mRNA 序列打進人體，依著該序列在人體細胞中合成棘蛋白，讓未感染者的免疫細胞先接觸這些抗原特徵並產生記憶T 細胞，進而激活B 細胞變成漿細胞分泌抗棘蛋白的抗體。要是哪天新冠病毒真的入侵身體，記憶T細胞就能夠快速啟動比先前更強烈的免疫反應，在病毒大量繁殖之前先將它消滅。
 

不過，不同類型的病毒隨著疫苗問世卻有不同的結局，天花病毒隨著牛痘疫苗出現而被消滅；但新冠病毒卻還一直推陳出新，關鍵就在於基因的變化速度。就像工廠產線製造出來的產品，每個或多或少都會有些不同，生物的遺傳物質在複製的過程多少也會有些差異，序列中若是出現單個或多個核苷酸重複、缺失或整段插入等變化就稱為「突變」，因此基因變化的速度就取決於突變的機率。

運用次世代定序儀，使新冠病毒的基因序列能在短時間完成定序。
 

生命的變數—基因突變

同樣曾經在世界各地引起大流行的天花病毒，遺傳物質是較穩定的DNA，因此較不易出現突變，很容易被接種疫苗後產生的人體免疫細胞辨認。然而新冠病毒跟流行性感冒病毒的遺傳物質有所不同，是由單股的核糖核酸（ribonucleic acid, RNA）組成，相較於雙股螺旋的DNA，RNA 結構更不穩定，複製的過程中更容易出現突變。

「不過，突變是否會讓新冠病毒的特徵或特性產生變化，還是要看突變發生的位點。」任職於長庚大學新興病毒感染研究中心助理教授龔于農也在節目中指出，突變如果不是出現在製造蛋白質的基因裡，而是其他沒有意義的序列中，那突變將不會對病毒有任何影響。就算是出現在有功能的基因中，隨機的突變也不知道會加強還是削弱病毒的性能。

快速傳播、大量繁殖而增加突變機率的新冠病毒，從原始武漢病毒株一路出現Alpha、Beta、Gamma等，如今的優勢變異種Omicron 比起原始株已經多出了50 個以上變異點，還持續出現BA.1-5 等各種亞型。「有新的變異株出現，我們就會去採集檢體然後做次世代基因定序，找出變異點來推測是否有哪些變異造成傳播力或免疫逃脫的變化。」龔于農說道。像是目前疫苗被認為可能難以防禦Omicron BA.4 跟BA.5，就跟棘蛋白上「受體結合區域」的幾個位點（D405N、L452Q、L452R 及F486V）突變有關。

一探個體健康與疾病風險的臺灣人體生物資料庫

基因定序被用在了解、對抗病毒，同樣也被科學家用在探索人類身體狀況與各種疾病的關聯。《基因啟示》影片中也提到，繼各國陸續推動基因資料庫計畫後，中央研究院也在2012 年受到政府委託，與各大醫院合作著手建立本土專屬的「臺灣人體生物資料庫」，藉由定序1000 位臺灣人的全基因序列，分析出國人最常出現變異的75 萬個基因位點。

雖然健康狀況與疾病常常是由基因、環境與生活習慣等多種複雜要素的交互作用之下產生，但經由基因資料庫的分析，還是可以預測疾病發生風險的高低，像是肥胖、中風、糖尿心血管疾病以及癌症等，都能先從基因是否帶有變異看出端倪。所以，《基因啟示》中也特別訪問了中央研究院生物醫學科學研究所博士後研究員蘇明威，以增加中風機率的NOTCH3 基因突變為例，從資料庫蒐集到的樣本推估，將近有0.9％的臺灣人，也就是20 萬左右的人口帶有該突變基因。

臺灣人體生物資料庫的首要目標，是協助專家學者解密臺灣人的健康密碼與改善醫療照護，圖為資料庫中存放生物檢體的液氮槽。

「雖然帶有該基因突變不代表一定會中風，但確實有某些程度上的風險。」蘇明威解釋。另外，《基因啟示》幕後團隊也採訪中央研究院生物醫學科學研究所特聘研究員李德章，他指出成立該資料庫，目標就是以基因關聯分析搭配醫療大數據資訊，找出與疾病預防、治療相關聯的生物標記，建立個人化的精準健康與醫療。

然而，當人類逐步解開疾病與基因的關聯，除了在病發後的治療，也開始思考事先的預防：修改導致缺陷或疾病的基因。2020 年的諾貝爾化學獎就頒發給兩位發現CRISPR-Cas9 基因編輯技術的科學家。這項劃時代的新發現，讓研究人員得以精準地修改生物的遺傳物質，但同時也引起非常大的學術倫理爭議。究竟人類有沒有權力修改與生俱來的基因，是科學家們在走進修改基因的新篇章之前，首先要釐清的課題。
 

《基因啟示—解碼與編輯》第一集：解碼

首播：民視新聞台10月16日（日）15：00~16：00

重播：民視台灣台10月22日（六）15：00~16：00

補助單位：國科會《科普產品製播推廣產學合作計畫》

計畫主持單位：長庚大學

製作單位：東臺傳播股份有限公司

延伸閱讀

1. 蔣維倫，〈誘發中和抗體、活化記憶型淋巴球？疫苗與狡猾病毒間的攻防戰〉，《科學月刊》627 期，2022 年。

2. 趙盈婷、許藝瓊，〈以「次世代定序」完成精準醫療，更能協助生命科學領域的探索〉，《科學月刊》628 期，2022 年。

3. 李依庭，〈研發mRNA 疫苗技術 帶領全世界對抗COVID-19〉，《科學月刊》632 期，2022 年。