染色體的壽命線──2009生醫諾貝爾獎

──端粒與端粒脢如何保護染色體

今年的諾貝爾生醫獎授獎予解決生物重要問題的三位科學家；細胞分裂過程中何以染色體得以全然複製，如何保護(DNA )降解。諾貝爾獎得主在染色質末端找到了解答─端粒─以及形成此結構的端粒脢。

帶著我們基因的，綿長而絲縷狀的DNA 分子壓擠成染色體，端粒在兩端成為帽狀。Elizabeth Blackburn與Jack Szostak 發現端粒含有特殊的序列保護染色體免於降解。Carol Greider與Elizabeth Blackburn發現了端粒脢產生端粒 DNA。這些發現解釋染色體被端粒保護的機制以及如何被端粒脢所合成。

如果端粒變短，細胞凋亡。相反地，如果端粒脢活性夠高，端粒長度維持，細胞衰亡遲緩。在癌細胞的例子中，癌細胞被認為是永生。有些遺傳疾病，相反地是由於缺陷的端粒脢產生受傷細胞。諾貝爾獎肯定這細胞基本機制的發現，刺激了新治療策略的發展。

神秘的端粒

染色體以DNA分子形態包含我們所有的基因體。早就一九三零年代Hermann Muller (Nobel Prize 1946) and Barbara McClintock (Nobel Prize 1983)就發現了染色體末端的結構，所謂的端粒似乎保護了染色體免於彼此纏連。他們猜測端粒有著保護的功能，但他們如何運作仍然是個謎團。

當一九五零年代科學家開始了解基因如何複製，另一個問題自己浮現了。當細胞將要分裂，那包含四種鹼基組成的基因密碼的，DNA 分子被DNA 聚合脢一個鹼基接著一個鹼基複製。然而兩股DNA 之中會有一股在其遠端無法被複製。因此染色體每一次細胞分裂後，會越來越短，但事實上經常不是這樣。

這些問題被今年的諾貝爾獎得獎者給解決，端粒如何發揮功能以及發現酵素複製端粒DNA保護染色體。

Elizabeth Blackburn研究癌症的早期，她比對DNA序列。研究單細胞纖毛生物，Tetrahymena，她鑑別出染色體末端重複好幾次的特殊序列。這序列CCCCAA的功能不甚清楚。同時Jack Szostak發現絲線狀的DNA分子，一種小染色體被導引進酵母菌內會快速降解。

Blackburn 在一九八零年會議上發表她的結果。他們受到Jack Szostak的注意。他們倆人決定作一個跨越遙遠物種界線的實驗。從Tetrahymena中Blackburn分離CCCCAA序列。Szostak則將它接到小染色體末端，放進了酵母細胞。結果發表在一九八二年，令人相當地吃驚，端粒DNA序列保護了小染色體免於降解。從Tetrahymena來的端粒DNA可以保護全然不同的另一種生物，酵母。這展現了一個過去從未被發現，相當基礎機制的存在。後來在大多數動植物，從變形蟲到人類都找到了端粒特殊的DNA序列。

建造端粒的酵素

Carol Greider那時是個研究生，他的指導教授Blackburn開始研究是否端粒DNA的形成是因為未知的酵素。在1984的聖誕節，Greider在細胞萃取液蒸發現酵素活性的訊號。Greider與Blackburn命名為端粒脢，純化他，並且證明它包含了一段RNA分子在蛋白質中。RNA分子能產生CCCCAA序列。當建構工作進行時，例如酵素活性，它當作端粒合成時的模板。端粒脢延長了端粒提供了DNA聚合脢能夠複製完整長度的染色體卻沒有遺失末端的部分。

端粒脢遲緩細胞老化

科學家繼續研究端粒在細胞中可能的角色。Szostak的團隊找到一些突變的酵母菌導致端粒逐漸變短。這些細胞生展反慢並且最後會停止分裂。Blackburn與她的合作者在端粒脢的RNA部分做一些突變，發現在Tetrahymena有類似的功能。這兩個例子導致了細胞衰老。相反地有功能的端粒將會免除染色體傷害以及遲緩細胞衰老。Greider的團隊表示人類細胞的衰老也可由端粒脢延遲。這領域的研相當密集，現在已經知道了，端粒的DNA序列將會與蛋白質纏繞形成DNA股易碎的末端，一個保護的帽套

細胞衰老，癌細胞以及幹細胞謎團的重要片段

這些發現在科學社群內有相當大的影響力。許多科學家猜測端粒變短這件事可能是衰老的原因，可能不光光是在單一細胞，甚至是整個生命體本身。但衰老的過程過於複雜，現在也被認為有許多因子，端粒只是其中的一個。這領域的研究仍然很熱烈。

大多數細胞並未頻繁分裂，因此染色體並沒有變短的危機，他們也不需要很高的端粒脢活性。相反地，癌細胞有無限分裂的能力保持著他們的端粒部分。如何躲開細胞衰老呢？有個解釋是相當明顯的，因為發現增加的癌細胞端粒脢活性。因此推論除掉了端粒脢可能就能治療癌症。許多研究仍在進行，包括針對對抗有高端粒脢活性的疫苗的臨床試驗。

有些遺傳疾病現在也知道是由端粒脢缺陷所產生的，包括先天再生不良性貧血(congenital aplastic anemia)無法從骨隨幹細胞適當地分裂導致貧血。有些皮膚以及肺臟的遺傳疾病同樣也是由於端粒脢的缺陷產生的。總而言之，Blackburn、Greider與Szostak的發現對我們對於細胞了解拓展了新的維度、揭曉疾病機制以及刺激了新療法的發展。

資料來源：
http://nobelprize.org/nobel_prizes/medicine/laureates/2009/press.html

http://nobelprize.org/nobel_prizes/medicine/laureates/2009/bild_press_eng.pdf

[專題] 氣候變化科學(一) 溫室效應與碳迴圈

氣候變化科學
UNFCCC 撰，domi 譯，Fan-Lu Kung 校

I. 溫室效應與碳循環


地球上的生命靠太陽發出的能量(主要是可見光)維繫。大約百分之三十的太陽光被大氣層分散，剩餘到達地球表面，並由地表反射形成紅外線輻射-一種更加平靜、更慢速移動的能量形態。(電烤爐在烤架變紅前發出的能量便是該種熱能。) 紅外線輻射通過氣流慢慢上升，最終逃離至宇宙空間的過程會因為溫室氣體（如水蒸汽、二氧化碳、臭氧和甲烷）延遲。

溫室氣體通常只占大氣的百分之一，但是它們卻扮演著地球保護毯、或者溫室的玻璃屋頂的角色-聚熱不然的話,地表的溫度會比現在低上約攝氏30幾度。

人類活動使得這個保護毯變得更"厚"了-燃燒煤炭、石油及天然氣所產生的二氧化碳，由農業活動及土地資源利用變化所產生的越來越多的甲烷和氮，以及一些原本不會自然產生的工業氣體，都會使得溫室氣體的濃度較原本自然狀態下的濃度為高。

這些變化正以一種史無前例的速度發生著。如果排放繼續以目前的速度增長，預計在21世紀結束前，大氣中二氧化碳的含量便會是在進入工業革命前的兩倍，甚至可能是三倍。

這會造成所謂的「增強性溫室效應」，使得地表和低層大氣的溫度變高。IPCC的評估結果指出，這種暖化現象幾可確定是自1750年以來的人類活動所造成的一項全球性效應。電腦氣候模型估計，就算在最理想的狀況下，在2100年以前全球的平均溫度也會比現在高出約攝氏1.8至4.0度。上個世紀氣溫上升了攝氏0.74度，而在接下來的二十年裡，若溫室氣體的排放量仍以目前的速度增加，達到工業革命前濃度的兩倍，估計每十年氣溫將上升約攝氏0.2度。

氣候變化將會與氣溫的上升同步發生，例如雲量、降雨量、風型以及季節更替時間的變化。在IPCC的第四次評估報告中，便預測在21世紀熱浪和強降雨很可能會更為頻繁。在這樣一個擁擠的世界裡，無數人依賴著如季候雨等天氣形勢來維持生計，即使一點小小的變化，都可能會使他們的生活更為艱困。

二氧化碳要為「增強性溫室效應」負百分之六十的責任。人類燃燒煤炭、石油以及天然氣的速度遠遠超過它們生成的速度。這些活動將原本儲藏在燃料中的碳排放到大氣中，擾亂了自古以來便精巧地維持平衡的碳循環系統-碳在空氣、海洋和陸地草木間的循環。目前，大氣中二氧化碳的含量每20年便增加百分之十以上。

化石燃料的使用使大氣中的碳含量大幅增加，擾亂了古老的平衡。

溫室氣體長久以來的排放，無法避免地一定會造成氣候上的變化。氣候並不是隨著外在環境的變化而立即改變的，但是在工業化150年之後，全球性暖化加速了它的變化，即使減排溫室氣體、大氣碳含量不再增加，在未來數百年地球的自然系統仍會持續受到影響。

Reference
http://unfccc.int/essential_background/feeling_the_heat/items/2903.php

[影片] 生命樹影片介紹

David Attenborough在六分鐘影片中介紹達爾文演化論及生命樹形成，更多相關影片資訊http://www.wellcometreeoflife.org.

請參考以下影片：

更多生命樹的相關資料

互動教學:http://www.wellcometreeoflife.org./interactive/
blog:http://www.wellcometreeoflife.org./blog/

[轉載] 解密植物生長調控機制，將有望解決世界糧食問題

【聯合晚報╱記者林進修/台北報導】2009.09.18

中央研究院的科學研究又有重大突破，該院分子生物研究所研究員蔡宣芳率領的研究團隊率先發現植物中第一個離子感應子，一舉解開植物在各種環境下都可成長之謎，未來可培養出能在惡劣環境中生長的作物，解決全球性的糧食荒。

由於這是全球首見植物離子感應子的研究成果，研究論文今天發表在國際重量級科學期刊「細胞」 (Cell)，創下台灣植物科學論文首度刊登在該期刊的紀錄。

該期刊更邀請研究團隊製作3分多鐘的影音專輯，在網路版介紹研究成果。

這篇論文第一作者是分生所博士後研究、同時也是國防醫學院生命科學研究所博士的何承訓，他強調植物不像動物可以自由移動，即使碰到惡劣環境，也只能逆來順受，因此適應環境的機制比動物強太多了。

何承訓表示，硝酸鹽在植物生長、發育及繁殖下一代的過程中，扮演著相當重要的角色。為了生存下去，既不能動、也不能跑的植物，必須感應土壤中硝酸鹽及其他微量元素的變化，再調控基因表現，競爭並有效運用有限的資源，保持正常發育。何承訓認為，有了這個重要的研究成果，今後將可以培養出適合各種環境的植株，比如在沙漠、惡地等土壤貧脊的惡劣環境中，種植只需少量硝酸鹽的作物，除了可減少肥料使用量外，也可提供當地人充足的糧食，解決日益嚴重的全球糧荒問題。

※ 相關報導：

＊ CHL1 Functions as a Nitrate Sensor in Plants
http://www.cell.com/abstract/S0092-8674(09)00842-3
Cheng-Hsun Ho, Shan-Hua Lin, Heng-Cheng Hu and Yi-Fang Tsay
Cell, Volume 138, Issue 6, 1184-1194, 18 September 2009
doi: 10.1016/j.cell.2009.07.004
＊ A nitrate sensor for plants
http://www.youtube.com/watch?v=iq0iIs2HYmM


轉載自：[Only Perception]
http://only-perception.blogspot.com/2009/09/blog-post_3553.html

[影片] 火蟻打造救生艇逃生

之前幾年紅火蟻的新聞在台灣也是炒得很熱，以下影片就可以看出紅火蟻的生命力真是決定於他們團隊合作的精神，在經過一場大洪水之後，火蟻能集體緊緊相依打造一艘救生艇，漂流在水上，等待機會著陸再重新建立自己的王國。

請參考以下影片。

[報導] IBM研發DNA微晶片技術

之前IBM研發28奈米製程技術，已經非常不容易了，在大部份的微晶片技術在45奈米左右，最小可以到22奈米，但現在IBM與加州理工學院(California Institution of Technology)合作，開發另一項DNA微晶片技術，將奈米微晶片的精細提升到6奈米的境界。

Nature Nanotechnology

Published online: 16 August 2009 | doi:10.1038/nnano.2009.220

Placement and orientation of individual DNA shapes on lithographically patterned surfaces

Ryan J. Kershner^1,4, Luisa D. Bozano¹, Christine M. Micheel^1,4, Albert M. Hung^1,4, Ann R. Fornof^1,4, Jennifer N. Cha^1,4, Charles T. Rettner¹, Marco Bersani^1,4, Jane Frommer¹, Paul W. K. Rothemund² & Gregory M. Wallraff¹

Abstract

Artificial DNA nanostructures^{1, 2} show promise for the organization of functional materials^{3, 4} to create nanoelectronic⁵ or nano-optical devices. DNA origami, in which a long single strand of DNA is folded into a shape using shorter 'staple strands'⁶, can display 6-nm-resolution patterns of binding sites, in principle allowing complex arrangements of carbon nanotubes, silicon nanowires, or quantum dots. However, DNA origami are synthesized in solution and uncontrolled deposition results in random arrangements; this makes it difficult to measure the properties of attached nanodevices or to integrate them with conventionally fabricated microcircuitry. Here we describe the use of electron-beam lithography and dry oxidative etching to create DNA origami-shaped binding sites on technologically useful materials, such as SiO₂ and diamond-like carbon. In buffer with 100 mM MgCl₂, DNA origami bind with high selectivity and good orientation: 70–95% of sites have individual origami aligned with an angular dispersion (1 s.d.) as low as 10° (on diamond-like carbon) or 20° (on SiO₂).

[轉載] 科學家證明鳥怕紅色是天生的喔！

科學家證明鳥怕紅色是天生的喔！(原文連結)

之前就有 paper 說在人類，程度接近的隊伍，穿紅的比較容易贏球。Hill, R. and Barton, R. Nature, 435, 293 (2005)

這篇則是用實驗證明，在鳥類(一種雀鳥)，這種害怕是與生俱來的。我很喜歡他們的實驗設計。

作者試著繁殖，紅頭或黑頭的雀鳥 (雀鳥在成年之前都是灰頭的，成年之後頭才會有紅色或黑色)，有些組爸媽的顏色跟小朋友不一樣，有些組是一樣的，有些比較大隻、有些比較小隻，在成長過程讓小朋友們知道他們打架打贏的情況是跟頭的顏色沒關係 (就還是跟體型比較有關係)。所以啦，他們的成長過程並沒有恐嚇他們紅色比較容易贏，他們知道打不打得贏跟頭的顏色沒關係，也沒有爸媽一定是什麼顏色的影響。

但接著，在所有的比賽中，紅頭小鳥還是贏了 81.5%，包括有些是被染紅的。(就明明是黑頭小鳥，頭被染成紅色，打架就比較容易贏了。

而且小鳥看到 紅頭的對手就會開始緊張... (他們去測荷爾蒙)。

所以這種對紅色的害怕是天性喔！(突然想到人類的文明始於用火，火對大部分的動物是有嚇阻性的)


Is red an innate or learned signal of aggression and intimidation?
Sarah R. Pryke

Department of Brain, Behaviour and Evolution, Macquarie University, Australia


Red coloration has been associated with dominance and aggression in a number of animals. However, it is unclear whether the increased aggression of red individuals or the avoidance of red opponents is an intrinsic or learnt response. By experimentally controlling for genetic and environmental effects, I tested for innate competitive differences and red-enhanced contest success in sexually immature (uncoloured) red and black head colour morphs of the Gouldian finch, Erythrura gouldiae. Despite juveniles being reared by foster parents of the same and different colour morphs, there were no differences in competitive abilities between uncoloured red and black males. However, when I experimentally added a red head mask to uncoloured males, red (but not black and novel blue coloration) was associated with winning contests, irrespective of an individual's underlying genetics or postindependence social experience. In addition, uncoloured opponents expressed higher stress responses (corticosterone) and avoided conflicts with red-painted competitors. The association between red coloration and aggression may be an innate response to aid facultative fight or submissive decisions, and adds to growing evidence suggesting that red coloration may be a general signal of intimidation.

轉載自：[Hot Fudge]
http://gohotfudge.blogspot.com/2009/08/birds-born-to-fear-red.html

參考資料：

Hill, R. and Barton, R. Nature, 435, 293 (2005) | Article | PubMed | ISI | ChemPort |

[影片] 有如真人iPod的盲眼鋼琴家

德瑞克‧帕拉維奇尼(Derek Paravicini)出生於1979年七月26日，他是一位全盲的音樂神童，同時也是自閉學者症患，居住於英國Surrey。

雖然自閉症被認定是他出眾音樂能力的來源，但是由於全盲也可能有所關聯。因為德瑞克是全盲而他大腦所支配光線及影像的能力可能轉為幫助其聽覺的能力。他能夠同時精細準確地分辨出多首困難曲目的音符，目前所知他可以同時區分20個音符。

請參考以下影片介紹:

[影片] 沙丁魚大逃殺

以下影片介紹沙丁魚被海豚、鯊魚、海鷗和布氏鯨(Bryde's Whale or Brooders whale)一起圍捕的過程。

每年巨量的沙丁魚成群順暖流遷徒的時候，都會遇節海豚集結聯合攻擊，接著是海鷗從天而降直接衝入水面藉機會補食，鯊魚也趁亂搶食，最後是布氏鯨一口就吃下數以萬計的沙丁魚。

影片：


更正：
布氏鯨(Bryde's Whale or Brooders whale)吃沙丁魚。
藍鯨 (Blue Wale)只吃磷蝦(Krill)

感謝Peter H. 指正。

[推薦好讀] How to Write and Publish a Scientific Paper

書名：How to Write and Publish a Scientific Paper

作者：Rober A. Day and Barbara Gastel

又到了畢業季，當然碩、博班畢業一定要寫出一份研究論文，但是研究論文怎麼寫，好像很少有相關的課程專門介紹，除了從平常看paper中學習，也許這本書提供另一個學習論文寫作的指導，可以幫助大家如何寫好一份科學論文。

這本書鉅細糜遺的解說什麼是科學寫作開始，到分段介紹寫文章各段的重點。最後有一個列表是如何避免使用Jargon，本書在每篇章節前都先引用大師名言為開場，其中Gerard Piel曾說：Without publication, science is dead. 這也是為什麼要學好論文寫作的重要原因。

本書還提供許多圖表解說的範例，解說什麼是好的圖表應該採用，什麼是不好的圖表要避免。

以上這本書推薦給各位。