2008-10-31

[影片] HIV簡介 part8

walkcoolboy 譯
8. 藥物 -- 整合酶抑制劑類

整合酶是一個必要的酶,它允許HIV將自己的前病毒DNA整合進入宿主細胞染色體。

整合酶抑制劑正作為新一類的抗HIV藥物進行研發中。

[影片] HIV簡介 part7

walkcoolboy 譯
7. 藥物 -- 病毒進入抑制劑類

7.1 病毒進入抑制劑

潛在的病毒進入抑制劑可以被分為三種不同機制的類型:

吸附抑制劑 -- 通過阻止HIV吸附到宿主細胞的細胞外膜(CD4) 發揮效能。

合作受體(Co-receptor)抑制劑 -- 通過阻止HIV與在宿主細胞表面的合作受體CCR5和CXCR4相互作用發揮效能。

融合抑制劑 -- 阻止HIV與細胞膜融合,以此阻止HIV感染細胞。

7.2 融合/進入抑制劑

融合抑制劑阻止HIV和CD4細胞的融合。這類化合物與一個稱為gp41的HIV表面蛋白結合。

如果病毒的外膜不能和CD4+ T細胞的膜融合,那麼病毒就不能夠複製。

[影片] HIV簡介 part6

walkcoolboy 譯

6. 藥物 -- 蛋白酶體抑制劑類

6.1 作用機制

在烈性和溫和感染細胞中,病毒整合到宿主細胞的DNA後,蛋白酶體抑制劑減慢了HIV的複製。在新的病毒顆粒成熟的過程中,HIV蛋白酶體剪切新生成的病毒元件,又稱為多聚蛋白(polyproteins), 形成必須的功能蛋白質產物。這個關鍵的過程發生在每個新病毒顆粒從一個HIV感染細胞的細胞膜上生長出來的時候,並且在成熟的病毒從細胞中釋放後仍然繼續。最終宿主細胞在這個過程中被摧毀。

如果多聚蛋白沒有被剪切,新的病毒就無法成熟,也不能夠感染新的細胞。蛋白酶體抑制劑可以干擾正常蛋白酶體的功能。它們在蛋白酶體能夠剪切新的病毒多聚蛋白成為必須的蛋白產物之前就使之失去活性,因此新的病毒顆粒就變得不成熟也不具有感染性。

6.2 抗藥機制

對蛋白酶體抑制劑的抗藥機制可能比原先想的更加複雜,瞭解的也不如NRTI和NNRTI清楚。

當PI(蛋白酶體抑制劑)抗藥性出現,PI就不再能夠干擾突變的蛋白酶體。

[影片] HIV簡介 part5

walkcoolboy 譯

5.藥物 -- NNRTI類

5.1 作用機制

不像NRTI類和正常出現的DNA構建模組競爭,NNRTI類與反轉錄酶結合緊密,因此阻止了病毒RNA轉化成DNA。

5.2 抗藥機制

比起NRTI突變,與NNRTI類的抗藥性通常相關的突變在反轉錄酶上的藥物結合位點附近,並且這種結合位點的變形就是抗藥的機制。


[影片] HIV簡介 part4

walkcoolboy 譯

4. 藥物 -- NRTI類

4.1 作用機制

NRTI和NtRTI是兩種抗反轉錄藥物。在吸收到身體中後,必須在被感染細胞中代謝才能變得有活性。

NRTI代謝共有三個步驟,而NtRTI僅需要兩步。NRTI是DNA構建模組的類似體。

NRTI通過類比正常DNA構建模組來發揮作用。當形成一條新的病毒DNA鏈時,反轉錄酶與NRTI結合,而不是與正常出現的DNA構建模組結合。

因為NRTI的結構阻止了下一個DNA構建模組的附著,DNA鏈增長被中止。


4.2 抗藥性機制

HIV已經進化出兩種對NRTI的抗藥機制。

第一種機制是降低反轉錄酶對於NRTI的結合。很多突變都對結合的親和性有一定影響。

第二種抗NRTI機制是更多的從延伸的DNA鏈中移除NRTI。

[影片] HIV簡介 part3

walkcoolboy 譯


3.1 HARRT簡介

為了能夠長效的抑制病毒複製,要一起使用至少三種抗反轉錄病毒藥物。

適當的抑制病毒複製可以延緩出現抗藥突變。病毒複製抑制不足則加速抗藥性的出現。

HARRT(強力抗病毒療法)專指多種抗病毒藥物的組合,能夠耐久的抑制病毒。大多數情況下,一個HARRT療程都包含三種或以上的抗HIV藥物。
當前的方針集中在實現盡可能長時間的最大抑制病毒複製。


3.2 HARRT抗性

HIV複製非常迅速,會產生許多失誤。這些錯誤成為突變。需要注意的是抗病毒藥物不會引起突變。

野生型(WT)病毒是比突變型更適應(更有能力複製並產生更多的病原體)的HIV菌株。野生型病毒通常還比突變型HIV對抗反轉錄病毒藥物更敏感。

藥物存在時,野生型病毒不能夠生長,那突變株就會變成主導,只要他們沒有被藥物完全抑制。這個稱為選擇性壓力。

因為抗藥性突變複製可以不顧抗反轉錄病毒療法,他們可以引起HIV水準在血液中上升。這可以最終導致CD4+細胞數量下降,這意味著增加了生病或者死亡的可能性。

抗反轉錄病毒療法大多數失敗都是因為抗藥性。使用病毒讀數實驗(viral load test),此實驗測量HIV在血液中的RNA含量,可以實現監測對療法的反應。

當使用HARRT治療成功的時候,病毒讀數下降到一個無法檢測的水準,一個低到實驗無法測量的水準。緊接的HIV水準上升可以看作為抗藥性出現的標誌。

常規的病毒讀數實驗對於監測抗反轉錄病毒藥物療法的有效性是必不可少的。

[影片] HIV簡介 part2

SkyOrggLee 譯

2. 病毒如何進入細胞

人類免疫缺乏病毒或稱HIV是一種反轉錄病毒,反轉錄病毒是一種含有單股RNA的病毒。
HIV可以感染很多不同的細胞特別會針對白血細胞,例如:CD4巨噬細胞,及T輔助淋巴細胞。
此感染的過程可分程3個階段:

附著:HIV-1透過gp120蛋白連接到在細胞表面的CD4分子上。

輔助受體結合:gp120蛋白的結構發生改變,使其可以連接chemokine輔助受體(CCR5或CXCR4)。如果缺少CD4的結合,env蛋白並不能與輔助受體作用,感染就無法完成。

融合:HIV包膜與細胞膜是利用gp41蛋白的結構改變進行融合。

[影片] HIV簡介 part1

SkyOrggLee 譯


1. 病毒結構

1.1 病毒結構簡介

病毒並不是細胞,但是它含有遺傳物質及保護的外壁。
單一個HIV病毒粒子稱之為病毒顆粒(virion),它是球狀直徑大約是10,000分之一毫米。

1.2 病毒包膜

病毒保護的外壁稱為病毒包膜(viral envelope),是由二層脂質分子組成。
在病毒包膜表面上有很複雜的HIV蛋白,稱為env蛋白,鑲嵌在病毒包膜的表面。
Env蛋白分成二個部份,頂端由gp120蛋白組成,根部由gp41蛋白組成。

1.3 病毒核心

在病毒的核心的部份稱之為capsid,主要組成有:二個單股HIV RNA,傳遞遺傳訊息使HIV病毒可以進行複製,及三種酶是病毒進行複製所需。

2008-10-28

[報導] 透視3D幻像

Stephen L. Macknik 及 Susana Martinez-Conde 撰,Sherry譯,Fan-Lu Kung 校

   
 你相信我們所經歷的實際上都只是我們大腦想像或是虛構的嗎?雖然我們實實在在地感知到了周圍的一切,但是我們的感官系統未必單純地複製周圍事物的物理本質。當然,在日常生活的許多經驗反應了進入腦中的物理刺激。但是同樣的神經迴路也製造出我們的夢境,幻想以及回憶。真實與想像在大腦中其實是由同樣的迴路接收與產生。也許就如同蘇格拉底的名言:「我只知道一件事,就是我什麼都不知道。」

    神經科學家所使用來研究感官系統最重要的工具就是”錯覺”。歷史上,在科學家了解視覺的神經機制前,藝術家和魔術師早就對如何愚弄我們的視覺系統了然於心。藝術家們建立了一系列的技巧,使我們的大腦在看著平面的圖畫時卻感知到了三度空間,或僅僅只是幾筆畫卻讓你看到了栩栩如生的生命。


    “錯覺”,定義上來說就是我們所感知到的與該物體物理性質上的真實是剝離而互不符合的。當我們被錯覺迷惑的時候,我們也許會看到某樣並不存在的東西,或是對實際存在的事物視而不見。由於錯覺創造了一個與真實狀況並不一致的狀態,使科學家可以藉由這些感知系統的失誤,而抽絲剝繭出大腦是如何分析並建立所接收到的感官訊息。



    藝術家們常常試圖去臨摹外在的世界。寫實畫家熟練地應用透視法、色彩、亮度和光影在畫布上創造出我們生活的世界。他們的畫作甚至可以成功地以假亂真。在”自然史”裡面,老蒲林尼(Pliny the Elder)曾經提及古希臘兩個名畫家Zeuxis和Parrhasios間傳奇性的競爭故事。這兩個畫家都各自帶了一幅畫作去參加比賽。Zeuxis先掀開了他的畫作,畫中幾可亂真的葡萄吸引了附近的鳥兒停在他的畫布上啄食。得意洋洋的Zeuxis走到Parrhasios的畫作前,動手想掀去覆蓋在畫作上的布。Zeuxis卻突然間洩了氣,他發現他想要掀去的布其實就是Parrhasios的畫作本身。
    寫實派的畫風並不是從古希臘開始的。早在史前時代的畫家就企圖使用一些技巧使他們的畫作更貼近真實。像是Altamira洞窟中發現的野牛壁畫就策略性地畫在岩石突出的部分,以加強牲畜體積的表現。
    這些技術在視幻覺主義(trompe l’oeil)達到巔峰。Trompe l’oeil在法文中是”欺騙眼睛”的意思。這種幾乎像是照相般的寫實技術最早出現在文藝復興時代,在17世紀的荷蘭被發揚光大。栩栩如生的圖畫幾乎像是要從畫布上蹦出來一樣。
羅馬的St. Ignatius of Loyola教堂圓頂就是視幻覺主義很好的例子。負責該教堂的建築師Orazio Grassi在完成該教堂的圓頂前就不幸過世,而建築圓頂的經費亦被挪為他用。直到30年後,教堂延請了修道士畫家Andrea Pozzo為該教堂畫一個假的圓頂。雖然人們早已知道Pozzo是透視法的大師,但是他完成的畫作仍然讓人難以想像。至今造訪St. Ignatius的旅客沒有不驚訝於那壯麗的圓頂居然是畫上去的!
    另一個出類拔萃的例子是羅馬的一處宮殿Palazzo Spada. Francesco Borromin利用錯覺在庭院裡創造了一條看似長達37公尺、而在末端有一個真人大小的雕像的長廊。實際上這條長廊只有八公尺長,而那個雕像也只有60公分高。即便到了今天,仍不斷有藝術家利用這樣的錯覺來創作。Julian Beever就將這樣的錯覺應用到他驚人的人行道藝術上。
    比薩斜塔雖然不是以建築物中利用繪畫技巧製造出來的錯覺效果聞名,但是它提供了另一個建築上迷惑大腦知覺處理的例子。在McGill University的Frederick Kingdom、Ali Yoonessi、Elena Gheorghiu發現的”斜塔錯覺”(Leaning Tower Illusion)現象中,兩張同樣的比薩斜塔照片放在一起,傾斜的角度看起來居然會不一樣。

    所謂的斜塔錯覺(此一錯覺贏得了2007年的視覺錯覺競賽的第一名)顯示視覺系統是如何利用透視方法來重建3D物體的。我們說”重建”是因為視覺系統並無法直接利用外在環境中的3D資訊。我們對深度的認知來自於神經系統的幾個運算原則。這些原則包括了透視法(perspective, 平行線會在遠方匯集),實體視像(stereopsis, 我們的左眼和右眼平行地接收了同一物體的影像,而形成深度感),遮蔽原則(occlusion, 靠近我們的物體會遮住較遠方的物體),光影(shading),明暗對照法(chiaroscuro, 一個物體的明暗對比和其與光源的遠近有關)以及空氣遠近法(sfumato, 利用物體對焦與否的相互作用或是空氣的透明感而創造出深度)。斜塔錯覺顯示大腦也使用了兩個傾斜物體在遠方的交錯角度來估算兩個物體之間原本的相對角度。(因為透視法和深度感的緣故,)大腦預期平行的物體在遠方會有交會點,但因為兩張斜塔照片完全相同,所以延伸再遠也不會出現交會,因此大腦會修正而認定這兩個斜塔並不是平行的。這個錯覺在我們看向兩個並排的日本漫畫女生圖案時並不會出現,即使這兩個影像是傾斜的。原因是這兩個漫畫女生並沒有深度,所以我們的大腦並不會期待他們在遠方應當出現交會點,顯示大腦只有在特定狀況下才會利用到這個深度認知工具。

    如同畫家在平坦的畫布上創造了深度的錯覺,我們的大腦實際上也是利用視網膜這一2D平面所接收到的訊息再轉化成我們感知到的3D影像。視覺錯覺顯示我們對於色彩、光線和形狀的認知都不是絕對的,而是透過主觀相對的經驗,由我們複雜的大腦迴路創造出來的。這個原則不只是在視覺上,實際上在我們所有的感官系統都是如此。我們是否感覺到紅色,是不是正方形,是否感受到愛或是恨,都是我們神經系統間電位活動的結果。

    在駭客任務的電影裡,莫斐斯問尼歐:「什麼是真實的? 你怎麼定義真實?如果你認為是你感覺的 你聞到的 你嚐到的或是你看到的,那麼真實不過是你大腦對電訊號活動的解讀罷了。」電影所沒有告訴我們的是,即便尼歐從母體(matrix)回到真實世界,他的大腦仍然持續地創造他自己的感知,而這些感知和實際狀況可能並不相符。從某個角度來說,我們都活在由我們自己大腦所創造的錯覺”母體”中。遠在駭客任務還沒上映前,神經科學家和諾貝爾獎得主John Eccles就曾經寫道:「我希望你們可以瞭解自然界裡其實並沒有色彩的存在,也沒有聲音-這些東西都是不存在的,沒有觸覺,沒有形狀,沒有美醜,沒有氣味」。或是如同西班牙劇作家Pedro Calderón de la Barca的創作:「什麼是生命? 一陣狂亂。什麼是生命?一個錯覺,一個幻影,一個想像。最美好的不過只佔了其中極小的一部分。所有的生命都是一場夢,而夢只不過就是夢而已。」



原文出處: Scientific American, October 2008


2008-10-11

[轉載] 水母的綠色螢光如何造成生命科學的革命性發展

台大化學系 蔡蘊明教授 譯

在1960年代,當日本化學家下村脩(Osamu Shimomura)開始研究具有生物螢光的水母(學名為Aequorea victoria)時,他沒有想到其研究對科學會造成什麼樣的革新。三十年之後馬丁喬非(Martin Chalfie)利用水母的綠色螢光蛋白來
幫助他研究生命的最小單元,亦即細胞。透過錢永健(Roger Y. Tsien)所發展的能發出各種顏色的蛋白質,現今科學家已經能夠研究過去無法觀察到的生物程序。
 
 
當科學家發展各種方法來幫助他們觀察一些原本是隱形的東西時,研究經常會向前躍進一大步。譬如當Anton van Leeuwenhoek在十七世紀發明了顯微鏡之後,一個新的世界被打開,科學家突然可以看到細菌、精子以及紅血球,甚至包括一些過去根本不知道存在的東西。
 
今年諾貝爾化學獎的研究,在科學上所造成的效果正是如此。綠色螢光蛋白(簡稱GFP)在過去這十年,為生化學家、生物學家、藥物學家以及其他的科學研究者扮演了一盞明燈的角色。這個蛋白在藍光或是紫外線的照射下會顯現出鮮明的綠色,例如它可以讓正在生長的癌症腫瘤發光;顯示阿茲海默疾病在腦部的發展狀況或是病原菌的生長。
 
一個GFP更有趣的運用是研究者可以追蹤一個單獨細胞內的運作。人體由數十億的細胞所組成,從當成幫浦的心肌細胞以及產生胰島素的beta細胞到摧毀不受歡迎的細菌之巨噬細胞,當研究者對細胞的型態越瞭解 ─ 亦即它如何的發展和運作 ─  他們就越能夠發展出副作用越小的有效藥物。
 
要研究這種0.02毫米大小的細胞之運作絕非易事,要觀察細胞的組成元件,包括蛋白質、脂肪酸、碳水化合物以及其它的分子,超越了一般普通顯微鏡的能力。而要去追蹤一個細胞內的化學步驟是更加的困難,但是這卻是科學家必須能做到的精細層次。例如唯有當研究者瞭解細胞如何開始製造新的血管,他們才可能有機會去阻止癌症腫瘤細胞去營造取得營養以及氧氣的管路系統,如此將可以阻止它們的生長。
 
細胞的化學運作通常是透過蛋白質來控制,有成千上萬的各種蛋白質,各具有不同的功能,藉著將GFP連接到一個蛋白質上就可以得到重要的資訊,研究者可以探知某一個蛋白質會存在於哪些細胞中,他們可以追蹤它的移動以及觀察它與其它蛋白質的相互作用。感謝GFP的綠色光芒,科學家們現在可以在顯微鏡下追蹤一個單一的蛋白質。
 
下村脩釣出螢光的物質

現今GFP已成為全世界上千研究工作者的必備工具。它被發現的故事始於剛結束第二次世界大戰的日本,下村脩的求學被戰爭以及原子彈所造成的破壞所中斷,儘管如此,1955年他仍被名古屋大學的Yashimasa Hirata教授聘為助理,Hirata教授把他放在一個看似不可能的研究計畫上,就是去尋找讓一種磨碎的軟體動物(名為Cypridina)殘骸遇水會發光的原因。
 
將這個毫無經驗的助理放在一個如此困難的計畫上似乎是一件很奇怪的做法,另一個美國的頂尖研究群已經試了很長一段時間企圖分離這種物質,因此Hirata教授決定不將這個計畫交由攻讀博士學位的學生來做,因為他們需要有成功的結果才能畢業。
 
在1956年,克服萬難之後,下村脩終於得到了那個物質,那是一個比上述磨碎的軟體動物殘骸還要亮37,000倍的一個蛋白質。在發表了他的結果之後,下村脩被美國新澤西州著名的普林斯頓大學的Frank Johnson所網羅。作為一個臨別的禮物,Hirata教授見證了名古屋大學授給下村脩的博士學位,這是一個很不尋常的做法,因為他並不是一個正式註冊的博士班學生。
 
經過一段跨越太平洋以及美國大陸的漫長旅途,下村脩開始研究另一個會發出天然螢光的物質,這一次這個物質是來自於一種名為Aequorea victoria的水母,它在受到刺激時週邊組織會發出綠色的光。
 


(a) 名為Aequorea victoria的水母生長於北美西岸海邊  (b) (c) 這種水母發光的組織在其”傘”緣
 
在1961年的夏天,下村脩與Johnson在北美西岸的福來德港灣(Friday Harbor)收集水母,他們切下這些水母的邊緣,並放在濾纸上擠壓而得到他們稱為“榨汁”的物質,某日下村脩將部份榨汁倒入水槽時,它發出了閃亮的光芒,因此他發現到那是因為水槽中的海水,更進一步的是海水中的鈣離子所造成的化學反應。更奇怪的是,這閃亮的光芒並非如水母邊緣所發出的綠色,而是藍色的。
 
Johnson與下村脩收集了整個夏天的材料,從10,000隻水母身上所得之榨汁帶回了普林斯頓,花了他們數月的時間,從所得的液體中,純化得到幾個毫克的放藍色螢光之物質,他們稱這個蛋白質為aequorin。
 
 
它在紫外線下發出綠色螢光

在他們於1962年所發表的論文中,下村脩與Johnson描述了得到aequorin的方法,他們也提到分離出一個蛋白質,它在陽光下是淡綠色的,在電燈泡下是黃色的,而且在紫外線的照射下會放出綠色的螢光,這是第一次有人描述了GFP,下村脩與Johnson稱之為綠色蛋白質,不過之後改稱之為綠色螢光蛋白質。
 
在1970年代,下村脩更仔細的研究了GFP的螢光,他的研究顯示GFP具有一個特殊的發色團(chromophore),亦即一種會吸光與放光的化學官能基團。當紫外線或藍色光照到這個GFP的發色團時,它會吸收光線的能量而被激發,下一刻發色團以放光的方式釋放出能量,而這個光線現在是在綠色的波長。
 

這個綠色的螢光蛋白GFP具有238個胺基酸,連成一串長鏈,這個長鏈摺疊成一個啤酒罐的形狀,在這個 啤酒罐的結構中間,第65、66及67號胺基酸組合成那個會吸收紫外線及藍色光的化學官能基團,並會放出 綠色的螢光。
 
在水母中,GFP的發色團只會將aequorin放出的藍光轉換成綠光,這是為什麼水母與aequorin放射的是不同的顏色。
 
GFP到底有什麼革命性的重要性呢,那就是它不需要額外加入任何試劑就可以放光。相較於aequorin以及其它的生物放光蛋白質,它們都需要持續的提供一些具有高能量的分子才能放光;而GFP只需要紫外線或藍色光的照射就可發光,當光線進入細胞而碰到GFP時,它就會放出綠色光線。如果研究人員需要加入一個化學藥劑,他們需要將之注入於細胞之中,那不但將可能干擾到細胞的運作,而且在這麼微小的一個尺度下是很難執行的。
 
喬非有一個出色的主意

今年的第二位諾貝爾化學獎得主是馬丁喬非,他第一次聽到這個綠色螢光的蛋白質,是在1988年於一個在紐約哥倫比亞大學舉辦的學術演講中,那是有關生物放光組織的課題。當他知道有一個會發光的蛋白質時,非常的高興。
 
在他早先的研究中,喬非的對象是一種毫米長的蛔蟲,稱為Caenorhabditis elegans,一種世界上最常被研究的生物。雖然它僅具有959個細胞,它卻具有一個腦,它會變老也會交配。此外,這種蛔蟲的基因有三分之一是與人類的基因相關。更有甚者,C. elegans是透明的,這使得研究者能輕易的透過普通的顯微鏡來研究它的組織。
 
在這個1988年的學術演講中,喬非體認到這個綠色螢光的蛋白質將會是一個棒極的工具來將此蛔蟲顯像,它可以成為許多蛔蟲細胞中所進行的各種活動的一個放光信號。
 
如果我們真的要體會喬非的主意,我們需要知曉一些細胞生物學。如同上述,各種不同的蛋白質幾乎執行了所有細胞中的工作,而在我們的體內有成千上萬的蛋白質,雖然它們擔負了眾多不同的功能,所有的蛋白質都是用同樣的方法構築的。它們都是由二十個不同的胺基酸組合成的長鏈,它們相互之間的差異在於鏈的長度、胺基酸的序列以及結構如何的摺疊。
 
原則上每一個基因就是對一個蛋白質的描述,當細胞需要一個蛋白質時,那個基因就會被活化,導致細胞去合成所需的蛋白質。
 
譬如當你吃了一大袋甜食而你的血糖指數太高時,在胰臟的beta細胞的胰島素基因就會被開啟,所有的體內細胞都在它們的核中安全的儲存著胰島素基因,但是只有beta細胞會對高血糖有反應而開始製造胰島素,這個基因的開關,亦即啟動子(promoter)就會被打開,它在DNA上很靠近該基因的位置,當啟動子被活化之後,胰島素基因就開始被複製,那就好像在影印一本保藏在一個防火儲存櫃中的貴重舊書,當細胞需要使用並讀取基因藍圖時這一個版本是必須的。
 


基因體亦即我們的所有DNA,在細胞核中受到很好的保護,當一個基因被活化,它的資訊會被拷貝,這份 拷貝是透過一種稱為RNA的分子所完成。這個基因的拷貝被攜帶至細胞質中,那是細胞的工廠,在其中, 一個稱為核醣體的複雜機械裝置一步一步的讀取其資料,根據其所讀取的訊息,它將一個一個的胺基酸依序連結
 
胰島素基因的拷貝從細胞核被攜帶至細胞質中,那是細胞的工廠,然後這個基因的拷貝被用來作為一個將胺基酸結合起來的設計圖而依此製造出胰島素,胰島素被釋放到血流中最後黏附到會吸收並儲存糖的肌肉及脂肪細胞。
 
喬非的主意是將GFP的基因連接到不同的基因開關或是其它的蛋白質之基因,他就可以觀察到細胞的基因開關被活化,而且他可以看到不同的蛋白質在何處被產生,這個綠色的光就成為了不同事件發生時的信號燈。
 
 
一個意外的發現

為了測試他的想法,喬非需要找出GFP基因在Aequorea victoria的基因體中的位置。經過一些調查,喬非發現一位在麻州的木洞海洋研究所(Woods Hole Oceanographic Institute)的Douglas Prasher已經著手開始尋找GFP基因,喬非聯繫了Prasher並請他在成功的得到該基因時告訴他。在研究的語言上這稱為基因複製,一個研究者從一個生物的基因體中分離出一個基因,透過DNA的技術幫助,將之放入一種很容易操縱的單細胞生物中,通常研究者會使用一種稱為Escherichia coli的普通腸道細菌,他們會透過植入的基因之活化,將這種細菌轉變成一個蛋白質的製造工廠。
 
幾年之後,Prasher將GFP基因送給了喬非,喬非接著指導一位研究生,Ghia Euskirchen,透過一些方法企圖讓E. coli製造GFP。
 
約莫一個月之後,Euskirchen告訴喬非她成功了!他們可以在顯微鏡下觀察到當細菌受到紫外線的照射時會放出綠光,這個發現成就了今日GFP革命性運用的基礎,但是這個發現本身其實是相當意外的。
 
在1990年代初期,科學家通常假設天然的螢光分子以及顏料(賦予花朵、魚類以及一些其它生物體的顏色),是在細胞中經過數個步驟產生,每一個步驟各需要一個蛋白質來控制其化學製程。許多的專家相信有幾個不同的蛋白質需要用來產生這個GFP的發色團,但是喬非與Euskirchen的實驗顯示這個假設是錯誤的,除了GFP之外不需要任何其它的蛋白質。
 
下一步,喬非將這個基因放在一個啟動子的後面,這個啟動子在C. elegans的六個觸感接受器神經元(touch receptor neuron)中是很活躍的。喬非以及合作者於1994年二月份的Science期刊上發表了這項研究成果。在這份期刊的封面,讀者可以看到一個C. elegans的影像,其中的觸感接受器神經元發散著亮綠的光芒。
 


(a) 利用DNA的技術,喬非將GFP的基因放在一個基因開關的後面,這個開關在C. elegans的六個觸感接 受器神經元中是很活躍的,接著他將這個DNA的結構物注入一個成蟲的生殖腺中。(b) 這個蟲是雌雄同體 且能自體受精,GFP基因就會在這隻蟲所下的卵中存在。(c) (d) 卵會分裂產生新的個體而其中的觸感接受器神經元在紫外線下會發綠光。(e) 圖中顯示其中的兩個神經元。
 
錢永健創造了一個具有像彩虹般各種顏色的調色盤

現在是第三位諾貝爾化學獎得主錢永健登場的時候,他在GFP革命中的偉大貢獻在於延伸了研究工作者的調色盤,提供了許多新的顏色,延長了放光的時間並增強了亮度。
 
在一開始,錢永健描繪了在這238個胺基酸長度的蛋白質中的發色團是如何的透過化學的反應而產生。一些研究者在過去已發現了在65-67號位置的三個胺基酸相互的反應生成發色團,錢永健的研究則進一步的顯示這個化學反應需要氧氣,並解釋了這個反應如何在沒有其它的蛋白質幫助下發生。
 
藉著DNA技術的幫助,錢永健更進一步在GFP上各不同部位的胺基酸做了更換,這導致了這個蛋白質能吸收和放射不同波長的光。藉著改變胺基酸組成的實驗,錢永健發展出GFP的變體,能閃耀出更強的各種光,例如青綠色、藍色和黃色。這就使得現今的研究者能讓不同的蛋白質標記上不同顏色,來檢視它們的相互作用。
 
不過,一個錢永健無法讓GFP所發的光是紅色,紅光更容易穿透組織,因此對想要研究人體內的細胞和組織的研究者特別的有用。
 
在這個時候,Mikhail Matz與Sergei Lukyanov這兩位俄國科學家開始參與了這個GFP的革命,他們從放螢光的珊瑚中尋找與GFP相像的蛋白質,找到了六個蛋白質,其中一個是紅色的,一個是藍色的,而其餘的則是綠色。
 


GFP在65-67號位置的三個胺基酸(Ser-Tyr-Gly)相互反應生成的發色團結構與其生成機制。
 
 
這個想要的紅色蛋白質,DsRED,不幸的比GFP更大且更重,DsRED具有四個胺基酸鏈而非一個,較不常作為研究生物程序中的螢光標籤。錢永健的研究團隊解決了這個困難,重新設計了DsRED,使得這個新的蛋白質不但更為穩定而且只具有一條胺基酸鏈就可以發光,因此可以較容易接在其它的蛋白質上。
 
從這個較小的蛋白質,錢永健的研究團隊又發展了一些具有讓人垂涎名稱的蛋白質,像是mPlum、mCherry、mStrawberry、mOrange和mCitrine,這些名稱取自於它們所放射的光。幾個其它的研究者和公司也提供了這個色盤上的其它顏色。因此在下村脩第一次報導了那個綠色螢光蛋白質的46年之後,我們擁有了一個由各種類似GFP的蛋白質所組成的萬花筒,閃耀著像彩虹般的各種顏色。
 
腦彩虹

有三個這種蛋白質被研究者運用在一個極為精采的實驗中。首先將老鼠的基因做修飾使得它們腦部的神經細胞能產生多寡不同的幾種顏色,包括黃色、青綠及紅色,這幾個顏色的組合類似於電腦的彩色印表機所用的顏色,其結果就是一個老鼠的腦部閃耀著如同彩虹般的各種顏色。這些研究者因此可以追蹤在腦部濃密的網路中,某些個別細胞的神經纖維,這些研究者稱呼這個實驗為腦彩虹(the brainbow)。
 



在美國哈佛大學的研究者將老鼠的神經細胞上色,使之能閃耀著如同彩虹般的各種顏色,這些神經細胞可 以產生多寡不同的三種類似GFP的蛋白質,它們可放出黃色、青綠及紅色的螢光,模擬印表機所用的顏色,這使得研究者可以看到個別的腦部神經細胞如何編織在一起成為一個網路。
 
 
砷和重金屬的GFP感測器

這個綠色螢光蛋白質也可以運用在生物技術的應用,包括在井水中砷的感測,這是在東南亞某些地區的嚴重問題,在那裡天然的砷毒害了許多人。研究者將對砷有抵抗力的細菌做基因的修飾,使得它在砷存在時會發出綠色螢光。科學家也修飾了其它的生物,當感測到具爆炸性的TNT或一些重金屬如鎘或鋅的存在時會發出綠色螢光。現在甚至於有些含GFP的玩具,能在黑暗中發光。
 
 
還有一個謎團需要解決

當下村脩開始研究海洋中具螢光的生物時,他想要瞭解為何會讓它們閃耀,這是一個典型的例子,顯示了基礎的研究如何的導致了一個科學的革命性發展。
 
不過一個謎團仍待解決,為什麼水母Aequorea victoria會發光?許多海洋中的生物會使用生物螢光蛋白所發的光來迷惑它們的敵人、吸引食物或勾引伴侶,但是沒有人知道Aequorea victoria是如何的進化而製造出aquorin以及GFP。

原文轉載自:

翻譯資料來源:

2008-10-10

[報導] 歷年諾貝爾生理及醫學得獎名單及重大發現

2000年瑞典科學家阿爾維德·卡爾松、美國科學家保羅·格林加德、奧地利科學家埃裡克·坎德爾因在人類腦神經細胞間信號的相互傳遞方面獲得的重要發現,而共同獲得諾貝爾醫學及生理學獎

 2001年美國科學家利蘭·哈特韋爾、英國科學家蒂莫西·亨特、保羅·納斯因發現了細胞週期的關鍵分子調節機制,而共同獲得諾貝爾生理學及醫學獎。

2002年英國科學家悉尼·佈雷內、約翰·蘇爾斯頓、美國科學家羅伯特·霍維茨因選擇線蟲作為新穎的實驗生物模型,找到了對細胞每一個分裂和分化過程進行跟蹤的細胞圖譜,而共同獲得諾貝爾醫學及生理學獎。

2003年美國科學家保羅·勞特布林、英國科學家彼得·曼斯費爾德因在核磁共振成像技術領域的突破性成就,而共同獲得諾貝爾生理學及醫學獎。

2004年美國科學家理查·阿克塞爾和琳達·巴克,以表彰兩人在氣味受體和嗅覺系統組織方式研究中作出的貢獻,共同獲得諾貝爾生理學及醫學獎。

2005年諾貝爾生理學或醫學獎授予澳大利亞科學家巴里"馬歇爾和羅賓"沃倫,以表彰他們發現了導致胃炎和胃潰瘍的細菌——幽門螺桿菌。

2006年諾貝爾生理學或醫學獎授予美國科學家安德魯·菲爾和克雷格·梅洛,以表彰他們發現了控制基因資訊流動的基本機制,RNA干擾的發現。

2007年諾貝爾生理學或醫學獎授予美國科學家馬里奧-卡佩奇和奧利弗-史密西斯、英國科學家馬丁-埃文斯,這三位科學家是因為“在涉及胚胎幹細胞和哺乳動物DNA重組方面的一系列突破性發現”而獲得這一殊榮的。這些發現導致了一種通常被人們稱為“基因打靶”的強大技術。這一國際小組通過使用胚胎幹細胞在老鼠身上實現了基因變化。

其餘名單如附件:

[按此下載]

資料來源:

http://www.shengwu.com.cn/kwzy/swxs/200505/2041.html

http://www.med8th.com/nobel/Default.htm

http://life.lifesci.cn/html/2007-12/4081.htm

http://nobelprize.org/



[報導] 病毒共榮圈──2008生醫諾貝爾獎,人類乳突病毒與人類免疫不全病毒

印卡 譯

     今年2008年生醫諾貝爾獎將獎項頒發給導致嚴重人類疾病的兩種病毒的重要發現。一是由Harald zur Hausen 所發現導致子宮頸癌人類乳突病毒;另一個則是Franc,oise Barre'-Sinoussi
與 Luc Montagnier發現導致愛滋病人類免疫不全病毒。














       Harald zur Hausen過去挑戰主流教條,並假設人類乳突病毒 (HPV)能引起女性第二常見的癌症類型,子宮頸癌。他理解到人類乳突病毒DNA 可能潛伏存在於腫瘤細胞內,應該有特殊方法能偵測到病毒的DNA 。他發現人類乳突病毒是屬於病毒中一支特殊的家族。只有一些人類乳突病毒的類型才能導致癌症。他的發現導致對人類乳突病毒感染的自然史各項性質的認識,對於人類乳突病毒引起癌化過程的理解以及促進人類乳突病毒預防疫苗的發展。

       Franc,oise Barre'-Sinoussi與 LucMontagnier則是發現導致愛滋病人類免疫不全病毒。病毒生產可以在早期感染免疫缺乏症病患腫大淋巴結中的淋巴球以及疾病後期的血液中被發現。他們根據病理型態以及,生化與免疫學的特點,認定了這個反轉錄病毒是首先為名的人類慢性病毒(lenvirus)。人類免疫不全病毒因大量的病毒複製以及傷害淋巴球導致每一系統的損壞。這發現
是最近對於疾命的生物機制以及抗反轉錄病毒治療的一個先決條件。

   發現人類乳突病毒引起子宮頸癌

   不同於1970年代的觀點,Harald zur Hausen假設人類乳突病毒(HPV)在子宮頸癌可能的角色。他假設腫瘤細胞,如果含有原致癌病毒,應該會將病毒DNA整合進他們的基因組。HPV 基因促進細胞增殖因此藉著對這一類病毒DNA專門的方法應該能被偵測到。
雖然只有部分病毒的DNA被整合進宿主的基因組,但Harald zur Hausen十來年靠著尋找不同的人類乳突病毒來持續驗證這個想法。他在1983年子宮頸活體切片發現了新的人類乳突病毒DNA ,從而發現了新的,導致腫瘤的16型人類乳突病毒。1984年他從罹患子宮頸癌的病患身上克隆出第16型與18型的病毒。全世界百分之七十左右的子宮頸的活體切片與發現第16型與18型的人類乳突病毒一致。


   人類乳突病毒發現的重要性

   全球因人類乳突病毒的公共衛生負擔是相當可觀的。全世界超過百分之五的癌症是受到病毒的持續感染。感染人類乳突病毒通常是藉由性傳播,並且困擾了百分之五十到八十的人口。超過百種以上的乳突病毒,大約有四十種感染生殖道,其中十五種使婦女處在子宮頸癌的高風險之中。除此之外,人類乳突病毒被發現在一些外陰部、陰莖、口腔與其他的疾病之中。人類乳突病毒可以在百分之九九點七有子宮頸癌病史的婦女中被檢測到,每年約影響五萬名婦女。

   Harald zur Hausen 證明了人類乳突病毒的特色導致了日後對於誘發癌症發生以及病毒潛伏與細胞轉型的誘發因子之間的機制。他也提供第十六型與十八型的人類乳突病毒給科學社群。疫苗已最終發展提供百分之九十五在第十六與十八型的人類乳突病毒風險的預防抵抗。疫苗也能減少手術的需要以及子宮頸癌的全球負擔。

   人類免疫不全病毒的重要

   一九八一年以來,對於新穎的免疫缺乏綜合症的報告,尋找病原體不斷地持續。Franc,oise Barre'-Sinoussi與 LucMontagnier從初期罹患後天性免疫不全的病患發脹的淋巴結中培養淋巴結細胞。他們也發現反轉錄病毒的顆粒從感染細胞胞吐而出。從罹病與健康贈與者分離病毒感染的以及被戕殺的淋巴球與來自感染病患的抗體反應。與過去分辨出的人類原致癌性反轉錄病毒不同,他們當初發現的的反轉錄,現在以人類免疫缺乏病毒(HIV) 為名,並不促進細胞失控的生長。病毒反而需要細胞活化來進一步複製,並確需要T淋巴細胞來幫助跟細胞融合。這部分解釋了為什麼人類免疫不全病毒會損害免疫系統,因為 T細胞是免疫防線不可少的部分。1984年
前,Barre'-Sinoussi和Montagnier 分離得到這新型的反轉錄病毒,將他視為慢性病毒,這些樣品來自性病感染者、血友病患、由母體垂直傳染的嬰兒以及輸血病患。他們成就的重要性應該在一個全球無所不再幾乎影響百分之一人口的情況下視之。

   發現人類免疫不全病毒的重要性

   在病毒發現不久後,一些團隊致力於明確證實HIV 與後天人類免疫缺陷症候群因果關係。Barre'-Sinoussi跟 Montagnier的發現使得快速克隆HIV-1 基因體有了可能。這允許能確認病毒複製週期以及病毒與宿主之間互動。更進一步,他導致診斷感染病患以及篩選血液製品方法的發展,限制疾病的擴散。新種類的抗病毒藥物史無前例的發展也是因為對病毒複製週期細節的知識。結合預防與治療已經逐步減少疾病的擴散以及戲劇化地延長那些病患平均壽命。
HIV 的克隆使得研究他的起源以及演化也成為可行。病毒可能是在二十世紀初的西非從大猩猩傳遞到人類,但至今仍未清楚何以一九七零年代以後流行病學上的擴散的真正原因。

   區辨出病毒與宿主之間的互動提供HIV 如何靠著破壞淋巴細胞功能,藉著持續改變以及在宿主淋巴細胞的DNA 隱藏自己的基因體來侵襲宿主的免疫系統,使得即使長期的抗病毒治療也相當難將它從感染的宿主中根除。關於這些獨特病毒與宿主之間的互動,如此廣泛的知識然而產生一些未來疫苗發展的想法以及針對病毒潛伏期的治療方針。

    HIV已產生了新型的疾病流行。它之前未曾有科學和醫學如此快速發現,辨識來源以及提供新疾病的治療。成功的抗反轉錄病毒療法使得病患的平均壽命現在跟那些沒有感染的人們快要沒什麼兩樣。


資料來源:



[報導] 2008世界大學排名(from 英國泰晤士報)Top200

1 HARVARD University United States
2 Yale University United States
3 University of Cambridge United Kingdom
4 University of Oxford United Kingdom
5 California Institute of Technology (Calt... United States
6 IMPERIAL College London United Kingdom
7 UCL (University College London) United Kingdom
8 University of Chicago United States
9 Massachusetts Institute of Technology (M... United States
10 Columbia University United States
11 UNIVERSITY OF PENNSYLVANIA United States
12 Princeton University United States
13= DUKE University United States
13= Johns Hopkins University United States
15 CORNELL University United States
16 AUSTRALIAN National University Australia
17 Stanford University United States
18 University of Michigan United States
19 University of TOKYO Japan
20 MCGILL University Canada
21 Carnegie Mellon University United States
22 KING'S College London United Kingdom
23 University of Edinburgh United Kingdom
24 ETH Zurich (Swiss Federal Institute of T... Switzerland
25 KYOTO University Japan
26 University of HONG KONG Hong Kong
27 BROWN University United States
28 École Normale Supérieure, PARIS France
29 University of Manchester United Kingdom
30= National University of SINGAPORE(NUS) Singapore
30= University of California, Los Angeles (U... United States
32 University of Bristol United Kingdom
33 NORTHWESTERN University United States
34= ÉCOLE POLYTECHNIQUE France
34= University of BRITISH COLUMBIA Canada
36 University of California, BERKELey United States
37 The University of SYDNEY Australia
38 The University of Melbourne Australia
39 HONG KONG University of Science & Techno... Hong Kong
40 New York University (NYU) United States
41 University of TORONTO Canada
42 The CHINESE University of Hong Kong Hong Kong
43 University of QUEENSLAND Australia
44 OSAKA University Japan
45 University of NEW SOUTH WALES Australia
46 Boston University United States
47 MONASH University Australia
48 University of COPENHAGEN Denmark
49 Trinity College Dublin Ireland
50= Ecole Polytechnique Fédérale de LAUSANNE... Switzerland
50= PEKING University China
50= SEOUL National University Korea, South
53 University of AMSTERDAM Netherlands
54 DARTMOUTH College United States
55 University of Wisconsin-Madison United States
56 TSINGHUA University China
57 HEIDELBERG Universität Germany
58 University of California, San Diego United States
59 University of Washington United States
60 Washington University in St. Louis United States
61 TOKYO Institute of Technology Japan
62 EMORY University United States
63 UPPSALA University Sweden
64 LEIDEN University Netherlands
65 The University of AUCKLAND New Zealand
66 LONDON School of Economics and Political... United Kingdom
67 UTRECHT University Netherlands
68 University of GENEVA Switzerland
69 University of Warwick United Kingdom
70 University of TEXAS at Austin United States
71 University of Illinois United States
72 Katholieke Universiteit LEUVEN Belgium
73 University of Glasgow United Kingdom
74 University of ALBERTA Canada
75 University of Birmingham United Kingdom
76 University of Sheffield United Kingdom
77 NANYANG Technological University Singapore
78= DELFT University of Technology Netherlands
78= RICE University United States
78= Technische Universität MÜNCHEN Germany
81= University of AARHUS Denmark
81= University of YORK United Kingdom
83= GEORGIA Institute of Technology United States
83= The University of WESTERN AUSTRALIA Australia
83= University of ST ANDREWS United Kingdom
86 University of Nottingham United Kingdom
87 University of MINNESOTA United States
88 LUND University Sweden
89 University of California, Davis United States
90 Case Western Reserve University United States
91= Université de Montréal Canada
91= University of HELSINKI Finland
93= Hebrew University of JERUSALEM Israel
93= Ludwig-Maximilians-Universität München Germany
95 KAIST - Korea Advanced Institute of Scie... Korea, South
96 University of Virginia United States
97 University of PITTSBURGH United States
98 University of California, Santa Barbara United States
99= Purdue University United States
99= University of Southampton United Kingdom
101 Vanderbilt University United States
102= University of NORTH CAROLINA United States
102= University of Southern California United States
104 University of LEEDS United Kingdom
105 PENNSYLVANIA STATE University United States
106= University of ADELAIDE Australia
106= University of ZURICH Switzerland
108 University College Dublin Ireland
109 TECHNION - Israel Institute of Technolog... Israel
110 GEORGETOWN University United States
111 MAASTRICHT University Netherlands
112 TOHOKU University Japan
113 FUDAN University China
114 TEL AVIV University Israel
115 University of VIENNA Austria
116 Université catholique de LOUVAIN (UCL) Belgium
117= MCMASTER University Canada
117= QUEEN'S University Canada
119 University of Rochester United States
120 NAGOYA University Japan
121 OHIO STATE University United States
122= DURHAM University United Kingdom
122= University of MARYLAND United States
124= National TAIWAN University Taiwan
124= University of OTAGO New Zealand
126 ERASMUS University Rotterdam Netherlands
127 Stony Brook University United States
128 EINDHOVEN University of Technology Netherlands
129 University of WATERLOO Canada
130 University of SUSSEX United Kingdom
131 University of BASEL Switzerland
132 University of California, Irvine United States
133= Cardiff University United Kingdom
133= Technical University of DENMARK Denmark
133= University of Liverpool United Kingdom
136 University of GHENT Belgium
137= Freie Universität BERLIN Germany
137= TEXAS A&M University United States
139 HUMBOLDT-Universität zu Berlin Germany
140 Ecole normale supérieure de LYON France
141 University of Science and Technology of ... China
142 WAGENINGEN University Netherlands
143 NANJING University China
144= SHANGHAI JIAO TONG University China
144= University of GRONINGEN Netherlands
146 University of ARIZONA United States
147= CITY University of Hong Kong Hong Kong
147= Universität FREIBURG Germany
149 Université Pierre-et-Marie-Curie PARIS V... France
150 Universidad Nacional Autónoma de México ... Mexico
151 RUTGERS, The State University of New Jer... United States
152 University of Bath United Kingdom
153 University of Aberdeen United Kingdom
154 Indian Institute of Technology Delhi (II... India
155= Eberhard Karls Universität TÜBINGEN Germany
155= VU University AMSTERDAM Netherlands
157 TUFTS University United States
158 KYUSHU University Japan
159 The University of WESTERN ONTARIO Canada
160 QUEEN MARY, University of London United Kingdom
161 University of LAUSANNE Switzerland
162= CHALMERS University of Technology Sweden
162= Newcastle University, NEWCASTLE Upon Tyn... United Kingdom
164 SIMON FRASER University Canada
165 University of FLORIDA United States
166= CHULALONGKORN University Thailand
166= Universität GÖTTINGEN Germany
168 University of NOTRE DAME United States
169 Universität FRANKFURT am Main Germany
170= INDIANA University Bloomington United States
170= University of CALGARY Canada
170= University of LANCASTER United Kingdom
173 KTH, ROYAL Institute of Technology Sweden
174= HOKKAIDO University Japan
174= Indian Institute of Technology Bombay (I... India
174= RENSSELAER Polytechnic Institute United States
177= University of Leicester United Kingdom
177= University of OSLO Norway
179 University of CAPE TOWN South Africa
180= University of COLORADO at Boulder United States
180= WASEDA University Japan
182 MACQUARIE University Australia
183= Lomonosov MOSCOW STATE University Russia
183= Université Libre de BRUXELLES (ULB) Belgium
185 BRANDEIS University United States
186= University of BARCELONA Spain
186= University of CANTERBURY New Zealand
188= POHANG University of Science and Technol... Korea, South
188= Technische Universität BERLIN Germany
190 Universität STUTTGART Germany
191 University of MASSACHUSETTS, Amherst United States
192= University of BERN Switzerland
192= University of BOLOGNA Italy
194 University of Reading United Kingdom
195 University of ANTWERP Belgium
196 University of SAO PAULO Brazil
197= DALHOUSIE University Canada
197= University of BUENOS AIRES Argentina
199 KOBE University Japan
200= University of ATHENS Greece

編者意見:
這份是最近一期英國泰晤士報所做的大學評測排名,但是我必需說明大學排名應該要先了解排名的依據內容,而且類似的調查也有很多不同的版本可以參考,但是真的好好學習才是最重要的。

相關資料:
上海交通大學世界大學排名:http://ed.sjtu.edu.cn/ranking.htm
歐洲大學排名:http://www.excellenceranking.org/eusid/EUSID
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