這看來簡單的三步驟,實際上需要好多的「顯微步驟」「加持」,才能完成、維持正常生理功能。比如說錯誤的DNA修復,就是一個很微妙,卻又很複雜的機制;又比如說,合成出來的蛋白質還需要「後製、後修飾」才能發揮特定功能,像是讓某個蛋白質「在胃部不發生作用,但在性器官發生作用」等等。。。
於是我們可以想見,人類為什麼之所以為萬物之靈,因為人類本身就是非常複雜的組成。每一天,在人類身體裡面,不斷地進行著成千上萬組「基因à轉錄轉譯à蛋白質à後修飾…」的生理步驟;而且每一組的過程與成果都交互作用著。
這麼複雜的系統,一旦生病了,一定是環環相扣地出問題,學者如何能抽絲剝繭地確知「最源頭」的問題起於哪一個蛋白質、哪一個基因?
如果能像修電腦一樣,一一卸除單一零件來檢查是哪一個零件造成電腦當機、動不了的 就好了。也就是說,如果我們能夠讓一個寶寶打從受孕那一刻起,體內就失去某個基因,造成無法製造那個蛋白質,那我們就可以從複雜的網絡中抽離,直接看到這個基因(蛋白質)在人體裡面具有甚麼功用、沒有了它,人體會變如何、會生甚麼病。。。
但是!
用「腳頭膚」想也知道這是不可能去做的「實驗」。
所以,
動物的研究模型(animal models)就很重要了。感謝這些動物為人類犧牲,讓我們可以研究、解析複雜的生物作用機轉。
最早建立,且直至今日仍廣被研究的是「細菌」模型。它的好處是複製快速、容易操弄控制、便宜簡單…;壞處是:太低等了,幾乎不能代表人類的生理狀況。
所以,人類已經由細菌研究出非常多的生理作用機轉,卻仍舊無法很真確地應用到 解釋人類生理或疾病的種種疑問上。
再往高等的生物進化方向看,其餘常見的動物模型依序為:黴菌、線蟲(C. elegans)、果蠅(Drosophila)、斑馬魚(Zebrafish),然後就是老鼠(mouse)。
老鼠的好處是,牠已經和人類一樣屬於哺乳類動物了。當然,如果要說做為人類的「代替動物」,最相近的會是猩猩等靈長類動物,但是要做猩猩的研究很不容易,首先遇到的就是經費問題。猩猩的生育週期也是約略以年計,所以可以真正進行實驗之前,就得花費相當龐大的預算飼養、照顧牠們;另外,也就因為太相近了,對牠們做實驗,會有違反「猩道」的顧慮,加上牠們也聰明,實際操作上的確會「很難」做實驗。
所以各方考量之下,老鼠是足夠代表人類生理作用機轉,卻相對容易做到、養得起的實驗動物模型。
今年獲得諾貝爾生醫獎的三位得主,他們促成了KO mice animal model – 「讓老鼠,打從受孕那一刻起,就沒有了某一基因,註定沒辦法製造出那一個特定蛋白質,就像是把這個蛋白質由老鼠身上完全剔除掉一樣,讓我們直接看到這個蛋白質的功能」的研究動物模式。
如果人們已經知道剔除掉的這個基因/蛋白質,跟某個疾病是有直接相關的,那麼我們就可以利用這個KO mice model,來研究致病機轉。了解致病機轉之後,就更能夠掌握治療的方法了。
-- 待續
(喔~~好累!!腦汁絞盡矣!!)
前往 2007諾貝爾生理醫學獎-老鼠的舞台2
因為在德的補充很精彩,加上很多人不見得會把「回應」打開來看,所以把他的回應剪貼於下:
由於是做相關領域的,講到這個,一定要上來說一下!
做生物實驗,尤其是做到活體實驗的,就不能不提到老鼠了!
利用 gene knockout 的方法,造出基因缺乏 or 基因突變的老鼠,對於研究領域『廣度』與『深度』上的開發,是有非常大、非常大貢獻的!
回過頭看20年前的他們,在構思與技術上的努力,建立了一套穩定的實驗方法與系統,給予之後的我們可以從最基本的基因層面,產生出類似人類遺傳疾病的老鼠;或者是從最基本的 去除某一個基因,繼而瞭解該基因在生物體內,所扮演的角色。
還是要回歸一下基本層面,了解一下現實與理想間的差距,就是:『Knockout mice』是否真的解決了人類遺傳疾病呢?
答案是:『還沒有!』
畢竟,老鼠不是人類,從巨觀的外表,到微觀的基因組成與調控機制上,存在許多或大或小的差異。也由於這些原因(尤其是「尚未真正地解決人類的遺傳疾病」),我們猜測,這才是諾貝爾獎委員會遲至今日,才頒發該獎項給做 Knockout mice的人,『而且』細看一下得獎因素,完全是著重在『技術』發展上的貢獻!(本來,大家都在等待著,至少有『一個』人類疾病,可以完完全全地,從 Knockout mice 的應用而獲得解決,就是拿諾貝爾獎的時機了!但是,20多年已過去,年紀最大的得獎者已經八十多歲了…,再等,也不知道還要等多久…)
回想一下去年的生理醫學獎,頒發給『RNAi』這個領域;大概聽過 RNAi 的人,應該多會被其『神奇性』,產生了超級深刻的第一印象!簡單的說,RNAi 是可以在不動到 DNA 層面,就將我們有興趣的基因給『關閉』了(相對應於 Knockout,我們稱這種事件為『Konckdown』)!這個是一個老現象(大概1970年,就有人從植物細胞體內,觀察到存在著好多好多的『微小』RNA),但是,其功用與應用卻是屬於一個新的大發現!
在這短短的五六年內,做生物實驗領域的研究者,從極少數,突然暴增到幾乎是大家都在利用這個技術,就可以大概瞭解到『RNAi』的驚人魅力與人們所賦予的期待!
簡單比較一下『Knockout vs. Knockdown』:
1. 前者,以 DNA 為層面;後者,以 RNA 為操作層面;
2. 所花費的時間(指開始設計實驗,到拿到東西可以開始分析),前者,『最快』也需要半年到九個月的時間;後者,快的話只要一至兩個星期!
3. 所花費的金錢,一句話,做 RNAi 實在是省太多了啊!
由此,可以大致瞭解到,為什麼全世界大部分實驗室,都投入到 以 RNAi的技術,而非Knockout mice來做研究!同時,從RNAi的機制被瞭解到 得諾貝爾獎,時間遠遠短過、且早過 Knockout mice!!!
那,疑問就產生了:既生瑜,何生亮?
既然 RNAi 的 Knockdown 威力是如此地驚人,那還要做 Knockout mice 嗎???
雖說 RNAi 的威力驚人,但是,還是有實際上所存在的限制與問題:
1. RNAi 現在最主要的應用層面,是以『細胞』為主;也就是說,大致上可以將該細胞內,我們所感興趣的基因暫時關掉,但是,想要將整個生物體(或者是某些組織)的該基因,透過 RNAi 的技術來關閉基因,還是有一段很長的路要走的!
2. RNAi 看似簡單,實際的調控層面可能遠比我們想像的複雜;我們認為成功地暫時關閉了某一個基因,可能,也有『直接』地影響到其他基因而不自知。也就是說,專一性的問題,大家才開始注意,與小心的研究中。
RNAi 拿諾貝爾獎,是意料中的事情;但是,那麼快就拿到了(意指,某些基本的問題還存在著,尚在瞭解與研究中的情形下),倒是,有點訝異又不會太訝異!(訝異的是,有點太快了,想說再多一些時間,待整體知識更成熟時,一定『就』會拿獎;而不訝異的是,在科學界中,要有那麼迅速且影響力那麼大的貢獻,同時間,又沒有其他同等級的候選人的競爭下,就會拿獎!)
個人小小的想法是,也因為 RNAi 已經拿獎了,與其相比較之下,更為實際、成熟,、專一性更高的技術(KO mice)還沒有拿到,似乎更提醒著諾貝爾獎委員會的人,要重視啊!所以,才會在今年,將這門 Knockout 的『技術』,授予諾貝爾獎!