生物技術

	教學主題

	生物技術簡介
	Introduction to Biotechnology
	國立臺灣大學‧生物技術研究中心‧生化科技學系‧微生物與生化所
	莊榮輝




		簡介及科技

	生物















	細胞培養
	植物組織培
	植物細
	體細胞單性
	幹細胞培養
	器官移植

	單株抗體
	融合瘤技術
	免疫治療

	催化性抗體

	酵素工技
		固定化酵

		酵素抑制
		蛋白質工

		其他熱門科技

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	簡
	本網頁介紹生物技術的基本定因生物技術的發展太快，本網 (大部分均可自由進入)。另


size="2"> 目新聞網站	科技新聞連結網站
	BBC (Sci/Tech) 即時發佈科技相關的重大消息 (或其專輯 Horizon)，也有中文 BBC。
	Yahoo (Science/Biotechnology and Genetics) 即時連結到很多不同生技範疇。
	Scientific American 生物技術專題 Biotechnology 相當有用的全面性連結頁面。
	NewScientist Technology (生物技術方面的熱門話題)。
	National Center for Biotechnology Information (NCBI) 查詢所有生技相關論文及分子序列。
	Wikipedia (維基百科): Biotechnology / 生物技術
	YouTube: Biotechnology / 生物技術
	生物技術方面最重要的研究期刊：Nature Biotechnology
	公共電視 PTS：DNA 新知系列；DNA 時代；Changing World 人類演化新世代；基因圖譜大揭密
	本網頁有文字版，以簡明文字說明『生物技術的發展與未來』以下各單元主題均有連結。
	幻燈片下載 pdf 格式 [biotech 2005 short.pdf]


	請注意

	因為網站刊物改版或需要訂閱，部份網頁可能無法連上。
	其它如 Science 或 Nature 網站，若你的電腦沒有註冊或訂閱，可能無法進入該網頁。
	中文版 Scientific American『科學人』網站 http://sa.ylib.com/。推薦精彩文章 (有連結) 非看不可


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	1 基因操作：
	文字

	基因操作主要多以分子群殖 (molecular cloning) 為手段，達成大量複製一段指定的核酸片段。在此過程中，所有的核酸片段均分別被植入載體 (質體 plasmid)，然後一起轉入宿主細胞，在宿主中大量複製，放大這些核酸片段的數目。同時，因為一個宿主細胞中，只能讓一種核酸大量複製 (one plasmid, one cell)，因此所得到的大量核酸，是成份均一的核酸分子。





	當一個含有目標核酸 (上圖黃色片段) 的載體進入宿主細胞，載體複製數目可達數百 (x 100)；同時因為細胞本身的分裂，在培養基上長成菌落，每菌落可達數千個細胞 (x 1,000)。因此一特定核酸可經由此種過程，由一個分子放大成數十萬個分子 (100 x 1,000)；再以專一性探針，挑出含有所要基因的群落。如此，利用分子群植把一段核酸數目放大，並得到純質的核酸片段，是基因操作的基本精神。





	分子群殖的基本原理，可以參考本網站另一漫畫網頁『迪恩耶與普拉斯密』。

	有關基因操作的相關應用，除了如上述可以挑選出目標基因之外，接著要能夠得到此基因之表現產物 (蛋白質)，稱為基因表現；其最重要的醫療應用之一，可能是在基因治療上，但有時也使用反義基因的方式去抑制某基因的表現。最近爭執很多的基因改造食品 (GMO)，大都是屬於這個範疇的技術。

	同時，包括人類的許多生物之整體基因序列，已經可以被完整讀出，針對這些資料的分析形成了一門新的學問 (生物資訊學)。而整體基因的研究 (genomics)，導出對整體蛋白質的研究 (proteomics)，以及應用在疾病或遺傳篩選上的生物晶片 (biochip) 技術。

	Wikipedia: Genomics / 基因體學
	DNA Learning Center: DNA from the Beginning (非常有趣的基本分子遺傳學) 有中文版非看不可
	NHGRI: Glossary or Genetic Terms (提供各種遺傳學名詞的解釋)
	核酸 (生物化學基礎：複習基本的核酸生物化學)




	基因群殖及表現 Gene cloning and expression 文字
	Harvard@Home: Genetically Modified Food (哈佛大學專題演講影片)
	WEHI: Body Code (以非常精緻的動畫看 DNA 的表現行為) 非看不可
	NewScientist Technology: Genetics (一般基因與遺傳學 Top Stories)
	NewScientist Technology: GM Organisms (基因改造食品 Top Stories)
	BBC News: GM Crops Find Friends in China (中國大力推展基因改造作物)
	BBC News: Scientists Cross Pigs with Spinach (菠菜的 FAD2 基因被植入豬之中)
	BBC News: GM Links (Genetically modified organism [GMO] 相關網站連結)
	BBC News: Genetic Engineering to Battle Iron Deficiency (植物引入 FRO2 基因可增加鐵含量)
	Horizon: Is GM Safe? (最頂級公視節目，介紹基因改造食品的問題)
	生醫報導 (1)：蔡懷楨水產動物的基因轉殖
	生醫報導 (1)：黃鵬林應用生物技術改善蝴蝶蘭切花品質
	生醫報導 (1)：葉開溫抗蟲基因轉殖植物在台大
	基因治療 Gene therapy 文字
	Wikipedia: Gene Therapy / 基因治療
	BBC 中文：法國政府終止有爭議基因療法 (一名接受基因治療的男童患上白血病)
	BBC News: Gene Therapy Cancer Treatment Success; Gene Therapy Frees 'Bubble Babies' (基因治療有成)
	Horizon: Magic Bullet (最頂級公視節目，介紹 Zamecnik 如何以 anti-sense 技術治療疾病)
	生醫報導 (1)：黃麗華基因治療 - 二十一世紀的醫療新科技
	生醫報導 (3)：林淑華基因治療的展望
	基因體 Genomics 文字
	YouTube: Mendel - From the Garden to the Genome (30 分鐘影片有關孟德爾的生平與貢獻)
	BBC 中文：科學家完成人類基因組繪製 (已經完成了人類基因組的排序工作)
	BBC 中文：科學家公佈水稻基因組成 (中國與美國 Syngenta 完成兩種水稻基因定序)
	Science Magazine: A History of Human Genome Project (以圖表簡述人類基因體計畫)
	Science: Functional Genomics Web Site (Science 的 genomics 專輯，刊登即時的相關新聞)
	The Arabidopsis Information Resources (TAIR) (含有阿拉伯芥整體基因序列的網站)
	The National Human Genome Research Institute; MRC; Sanger Center; DOE 網站 (主要定序機構)
	Celera Company (領先全球的 DNA 定序公司：賽拉雷) 賽亞基因
	PhRMA (由美國製藥協會)：Genomics: A Global Resource (巨大的生物資訊網站)
	BBC News: Rice Code Boosts GM Prospects (Monsanto 公司祕密完成水稻基因定序)
	BBC News: Celera Closes on Genome Goal (私人公司賽拉雷領先人體基因定序)
	BBC News: Call to Publish All Gene Data Praised (公開人體基因序列); BBC 中文報導
	生物資訊學 Bioinformatics 文字
	Wikipedia: Bioinformatics / 生物資訊學
	Nature Biotechnology (需訂閱): Systems biology 101—what you need to know (系統生物學的入門指引)
	Scientific American: The Bioinformatics Gold Rush (如何把基因信息變成賺錢的知識？)
	莊榮輝 Kazusa DNA Research Institute 2001 見學報告 (日本人的後基因體研究策略)
	生醫報導 (2)：許世明台灣生物科技之發展與切入點
	生醫報導 (1)：陳培哲追求卓越計畫 - 基因體研究核心實驗室的策略
	蛋白質體 Proteomics 文字
	Wikipedia: Proteomics / 蛋白質體學
	Nature, Trends 系列：各種 Proteomics 專輯的連結目錄
	科學人 (2002/06)：輪到蛋白質當家！ (最重要的是蛋白質之間的專一性作用關係)
	Science: High-Speed Biologists Search for Gold in Proteins (Science 的 proteomics 專輯)
	Proteome Sciences (一家以蛋白質體為主體的研發公司簡介)
	Brookhaven NL: Humane Proteome / Structural Genomics Pilot Project (由 proteome 推蛋白質結構)
	Scientific American: Parsing Cells (Proteomics 可以剖析細胞內所有蛋白質)
	蛋白質體學課程 (台大全力支援的現代生物科技課程)
	莊榮輝：蛋白質體與單株抗體工具 (結合兩種重要而有威力的工具)
	蛋白質 (生物化學基礎：複習基本蛋白質構造)
	酵素純化與分析︰蛋白質體 (台大有關酵素純化與分析技術的實驗課程)
	生醫報導 (2)：周綠蘋蛋白質體學於生物醫學上之應用
	生醫報導 (3)：吳美玲 The Physiome



	生物晶片 Biochips 文字
	Wikipedia: Biochip / 生物晶片
	科學人 (2002/04)：神奇的 DNA 晶片 (2002 年 4 月 p.40~48)
	Agilent Technologies: Proteomics: HPLC-Chip MS; Lab-on-a-chip; LC/MSD TOF (超神奇的蛋白質晶片)
	Becton, Dickinson, and Company / Clontech: Ab Microarray (領先的蛋白質晶片研發公司)
	Scientific American: Bioagent Chip (以細胞作成晶片感測毒害物質)
	BBC News: Health Medics Peer into the Future (1999 年的預測有多少實現了？)
	Affymetrix (領先全球的晶片製造廠之一)
	The Brown Lab (Stanford U 的晶片領先實驗室自製晶片製造機)
	生醫報導 (2)：陳健尉二十一世紀基因分析的利器 - 基因微陣列之簡介及其應用



	反義基因 Antisense technology 文字
	YouTube: RNA 干擾 (RNA Interference) [Artikek Studios Inc.] 非看不可
	科學人：RNAi - 神祕的基因糾察隊 (2003 年 9 月 p.48~56)
	Horizon: Magic Bullet (最頂級公視節目，介紹 Zamecnik 如何以 anti-sense 技術治療疾病)
	PCR 基因放大 PCR technology 文字
	RT-PCR: (1) Reverse-Transcriptase PCR; (2) Real-Time PCR (Applied Biosystmes 比較 .pdf)
	The 1993 Nobel Prize in Chemistry Polymerase Chain Reaction (諾貝爾委員會正式新聞稿)
	Scientific American: PCR at Home (在家中廚房做 PCR 反應)
	BBC News: Lift off for Rival DNA Technology (新研發 Rolling Circle Amplification 可取代 PCR)


	PCR 動畫

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	2 細胞培養：
	文字

	細胞培養技術最近數年來變成大熱門，桃莉羊開啟了複製生物的大門，以及隨之而來的爭論。基因治療也需要有一些細胞培養技術，但主要關鍵仍在目標的基因上。利用植物組織培養來改良品種，或者生產有用物質，是行之有年的技術，因此比較沒有重大新聞。不管你所採用的是何種科技，最重要的還是目標基因或蛋白質的功用為何，而這些都要靠基礎研究慢慢尋找。




	植物組織培養及再生
	Wikipedia: Plant Tissue Culture / 植物組織培養
	科學月刊全文資料庫 (1974/05, no. 53)：植物組織培養概述 (王博仁、蔡秀錦)
	植物細胞融合
	Science: Genetic Transfer in Plants through Interspecific Protoplast Fusion (融合馬鈴薯與番茄)


	右上角彩色圖片取自 Scientific American

	體細胞單性生殖 Somatic cell cloning 文字
	Wikipedia: Dolly the Sheep Die Young (桃莉羊只活了六歲半因肺疾死去); BBC 中文報導
	Horizon: Dawn of the Clone Age (最棒公視節目，完整介紹複製桃莉羊故事。台大圖書館有 DVD)
	BBC 中文：人類複製 (中文 BBC 的人類複製專輯); 『複製人類』大事記
	BBC 中文：美公司稱複製首個人體胚胎 (Advanced Cell Technology 複製六個細胞胚胎)
	BBC News: Cloning Cattle Reverses Ageing (六隻複製牛比實際年紀要年青)
	BBC News: First there was Dolly.., (有關桃莉羊的新聞)
	BBC News: Embryo Cloning: Head to Head (對胚胎移植的正反雙方意見)
	Roslin Institute (製造桃莉羊的機構)
	New Scientist: Dolly's cloning revolution fails to materialise (追蹤桃莉羊的影響及檢討)
	JuangWeb: 莊榮輝如何複製桃莉羊 (複製方法的大概圖解說明)
	幹細胞培養 Stem cell cloning 文字
	Wikipedia: Stem Cell / 幹細胞
	Harvard@Home: Unlocking the Promise of Stem Cells (哈佛大學專題演講影片)
	New Scientist: Stem Cells - Top Story (有關幹細胞及複製的入口)
	BBC 中文：什麼是幹細胞？ (幹細胞的基本解說與重要性)
	科學人：幹細胞再出擊 (2007 年 3 月)
	器官移植 Organ transplantation
	BBC News: Pig Cloning Race Hots Up; New Pig Clones Born; 可能的問題 (基改豬可做器官移植)
	Scientific American: Pork Progresses (異種器官移植有望)
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	3 單株抗體：
	文字

	單株抗體發展時間相當久，因此在技術及應用上，都很成熟，也是生技工業上相當重要的獲利來源。雖然有很多配合基因操作的抗體生產方法 (例如 phage display)，但傳統的細胞融合法，仍相當有用；最近發展出 DNA 為抗原直接在細胞中表現，誘發免疫反應，可能有相當的創新性。催化性抗體發展很久，但進度有限，還無法應用在產業。




	融合瘤技術 Hybridoma technique
	Wikipedia: Hybridoma Technology
	Scientific American: Magic Bullets Fly Again (單株抗體的全新熱潮)
	莊榮輝、吳建興：細胞融合與單株抗體 (單株抗體課程的講義) 非看不可
	莊榮輝：蛋白質體與單株抗體工具 (結合兩種重要而具威力的工具可以應用在抗體晶片上)



	奈米抗體晶片的基本操作方式：待測的蛋白質體經抽取後，先以奈米球標幟之，然後加入點有抗體的晶片上，若抗體能夠與其抗原蛋白質結合，將同時抓住上面的奈米球，因而得以方便檢測。

	開啟動畫檔 Ab chip.pps (228 kb) 在 PowePoint 中請用滑鼠左鍵控制動畫前進

	免疫治療法 Immunotherapy
	Wikipedia: Immunotherapy
	Scientific American: Genetic Vaccines (直接以 DNA 注射人體引發免疫反應)
	Scientific American: Potato Vaccine against Hepatitis B (以轉殖植物為疫苗來源)




	將目標抗原基因植入載體中，以注射或基因槍送到宿主動物體內的細胞，若此重組載體能到達細胞核，就能在細胞中表現其蛋白質產物；此蛋白質若在細胞內遭到分解，則具有抗原性的蛋白質片段可被揀選，送到細胞表面誘導 T 細胞的活化；若此表現蛋白質被輸送到細胞外，可促進專一性 B 細胞的熟成，或者誘導抗原呈現細胞 (APC) 啟發免疫反應。


	催化性抗體 Catalytic antibody
	Wikipedia: Catalytic Antibody (Abzyme)
	Science: At the crossroads of chemistry and immunology: catalytic antibodies (1991, 252: 659-67)
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	4 酵素工技：
	文字

	酵素工技是發展最久的生物技術，但絕對不能小視之，因為基因的最後表現為蛋白質，而蛋白質中具有生物活性的，有一大部分為酵素。配合基因操作技術，現在要改變一個酵素的催化或活性，已經是相當簡易的事。在 proteomics 觀念出現之後，研究者的眼光漸漸改變，不只盯在單一酵素分子上，而是整條代謝路徑的所有酵素，以及整個代謝網路；細胞中信息傳導的一連串反應也是一樣，不能只看著單一個酵素分子。最近開始把酵素或蛋白質的催化反應或微量分離，構築在極小的晶片或微導管上，成為蛋白質晶片或微流體，是未來生物技術的重要主流之一。




	固定化酵素 Immobilized enzyme
	Wikipedia: Immobilized Enzyme
	人造酵素 Artificial enzyme
	Wikipedia: Artificial Enzyme
	Nature (2008) 453:164 Computational biochemistry: Old enzymes, new tricks (以電腦設計出來的新酵素)
	Scientific American: Unnatural Nature (以代謝工程方式產生新型酵素)
	酵素抑制劑 Enzyme inhibitor
	BBC News: HIV Therapy Tricks Cell into Suicide (利用 caspase 造成感染有 HIV 的細胞自殺)
	蛋白質工程 Protein engineering
	Wikipedia: Protein Engineering
	Scientific American: The Search for Extreme Life (找尋在極端環境下生長的生命)



	酵素 (生物化學基礎：複習基本酵素學原理) 非看不可
	莊榮輝：酵素催化的化學本質 (精要複習酵素催化機制的十條重要化學性質)
	酵素純化與分析 (微生物與生化所有關酵素純化與分析技術的實驗課程，在每年暑期上課)
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	0 生物技術定義：
	文字

	利用生物 (動物、植物或微生物) 或其產物，來生產對人類醫學或農業有用的物質或生物。依歷史發展或所用方法的不同，可分成以下兩大類：

	1) 現代生物技術：以生物化學或分子生物方法改變細胞或分子的遺傳形質以達上述目的；這是一般人所認知的生物技術，本網頁也將重點放在現代生物技術上，並再分成以下四個範疇；如此的分類方法，只是為了本網頁說明方便，並非學術界的正式學科分類。





	2) 傳統生物技術：應用釀造醱酵、配育新種等傳統的方法來達致上述目的。其實，人類在上古時期就已經知道以生物技術的方法，來產生有用的生物或物質 (例如釀酒、品種改良)。傳統的生物技術到目前還沒有消失，反而已經無所不在地影響我們的生活；有些更採用現代生物技術為工具，大大改頭換面成為重要的生技項目 (如抗生素製造、組織培養的蘭花、靈芝及冬蟲夏草等)。下圖乃玩笑之作，以突顯生物技術範圍之廣。





	現代生物技術可因為所運用手段的不同，大略分成下列四個主要範疇：





	四大範疇之間，也互相有所關連，相輔相成；如此分類只是為說明方便，並非絕對。



	上圖專有名詞可連結到本網頁相關位置

	Wikipedia: Biotechnology / 生物技術
	生醫報導 (1)：蘇遠志生物技術產業國內外市場發展趨勢 (對生物技術市場的鳥瞰)
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	5 其他熱門科技：

	其他有關生物技術的相關熱門話題，暫時無法歸類到上面範疇，收集在此欄。
	奈米科技︰文字
	NewScientist Technology: Nanotechnology (奈米科技 Top Stories)
	Scientific American: The Once and Future Nanomachine (生物學的分子機器)
	Scientific American: Little Big Science (奈米科技的最基本介紹)
	Scientific American: Molecular Model-T (ATPase 是自然界現成的奈米機器)
	BBC News: Smaller is Better (又小、又快、又便宜的奈米技術)
	BBC News: New Twist for Nanotechnology (用 DNA 製造一個奈米機器)
	Zyvex: Nanotechnology (奈米科技的集中介紹及網站連結)
	Eric Drexler: Nanosystem (奈米科技的基本教科書)
	其他︰
	Wikipedia / 科學人 / BBC 中文：流行性感冒
	NewScientist Technology: Bird Flu (禽流感 Top Stories)
	BBC 中文：介紹 SARS (急性呼吸系統綜合症)；肺炎危機
	BBC 中文：美學者發現最古老的生命？ (最古老的生命證據有了爭執)
	BBC 中文：科學家稱發現生命本質 (生命的本質集中在約三百個基因？)
	Horizon: BSE Part One - The Invisible Enemy (最頂級公視節目，介紹狂牛症疑雲)
	Horizon: BSE Part Two - The Human Experiment (同上)
	Horizon: The Virus That Cures (最頂級公視節目，喬治亞共和國科學家以病毒替代抗生素)
	生物技術的發展與未來：美麗新世界？