DNA(有聲♪)

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電視節目、報紙新聞、雜誌等等,甚至一般人開講mā可能ē去講著DNA − 一个tī現代時行ê名詞,kán-ná若出喙講--著,就是高科技koh sî-mô͘,suah罕罕有人頂真來瞭解DNA tsit-hō mi̍h。事實伊有tsiok飽ê學問tī--leh,m̄-koh lán tsia beh用kài簡單ê方式來解說。

DNA ê英文全名是:deoxyribonucleic acid。伊是通世界ê活mi̍h lóng需要ê一款酸性koh穩定ê化學分子。DNA分子內底所藏ê訊息就是起造性命ê厝tat;lán ê面路仔,生做lò、矮,大kho͘、瘦,頭毛khiû iah是直,是m̄是gâu破病,是m̄是gâu lim、ài lim,甚至性地ê一大部份,lóng總kap DNA分子有關係。簡單一句話,肉身(hi̍k-sin)ê一切íng-íng是DNA來決定--ê。

Lán細胞內ê DNA分子有一半uì老爸hia來,一半uì老母hia來,所以囡仔ē sîng老爸/老母,m̄-koh,因為DNA分子是一代傳一代,血親之間一定ē有sio-siāng ê DNA 分子 - 因此囡仔mā有可能sîng阿姨、阿舅甚至sîng阿公、阿祖。透過檢驗DNA分子,lán thang知影無仝人之間是m̄是有血脈ê關係。囡仔ē-tàng án-ne 來揣出親生ê爸/母。最近德國發生tsai飛lîng機ê事件,往生者ê遺體lóng lòng kah一塊一塊掖規sì-kuè;法醫透過檢驗tsia-ê破肢sàn骨內底ê DNA分子,tsiah有thang確認in ê主人kap 揣出往生者厝--裡ê人。

 

▲(第一圖) 
說明: 倒手爿是nǹg空掃瞄電子顯微鏡(scanning tunneling microscope ,STM)看--著ê放大兩百萬倍ê DNA 分子。(來源http://www.sciencephoto.com/media/209661/view)。正手爿是DNA 分子ê bàng-gah。 

除了性細胞(siâu-tsí kap卵tsí),規身軀ê逐粒細胞to有仝款ê DNA分子。DNA分子生做ná像兩條phua̍h鍊絞做伙,koh bē輸ná兩條旋籐相倚旋(第一圖)。DNA分子若kā thiah分開,逐條phua̍h鍊頂kuân to有一粒一粒ê真珠 - Nu-kut-tái(nucleotide,ヌクレオチド)。Nu-kut-tái有四種,每一種lóng是三个部份來tsiâⁿ--ê(第二圖):一个失氧hu̍t糖(deoxyribose),一个磷酸(phosphate),koh一个hō͘ lán ē-tàng分類tsia-ê真珠ê主要成分 - 有機鹼(base),lán kā in簡寫做:A(Adenine)、T(Thymine)、C(Cytosine)、G(Guanine)。「DNA密碼」ia̍h-sī「遺傳密碼」就是teh講tsit四種真珠tī DNA phua̍h鍊頂kuân排列ê序,iah就是A、T、C、G tsit四項ê序(A、T、C、G ê序就是DNA順次(DNA sequence))。

一粒細胞內底有偌濟DNA分子?無仝生物就無仝。若人,逐粒體細胞(無包括性細胞)to有四十六條DNA分子。In兩个做一對,án-ne就有二十三對。DNA分子若kā家己纏ân,就變做棍仔形,lán叫伊做染色體(染色体,せんしょくたい)(第三圖);所以人有二十三對染色體。性染色體決定一寡動物ê性別,在人來講,X kap Y tsit對就是性染色體;kan-taⁿ查埔tsiah有Y染色體,所以lán講查埔人ê性染色體是XY,若查某就是XX。

 
▲( 第二圖) 

一條DNA分子ē-tàng按照功能分做Tsín(gene)kap結構ê部份。Tsín有紮一kuāⁿ特殊ê DNA順次 - 遺傳密碼:ē-tàng用來產生RNA分子ia̍h是卵白質ê 一kue̍h DNA分子。Lán人約略有兩萬ê Tsín。Tsín若無活動ê時就恬恬tī hia,in若活動,就ná像電火點to̍h,ē開始生產遺傳密碼所指定ê RNA分子ia̍h是卵白質。細胞內ê兩萬ê Tsín bē siâng時活動,in ē按照細胞ê類型kap細胞所需要ê功能來起pōng - 細胞ná像一間烏暗ê房間,兩萬ê Tsín就是兩萬pha電火;電火開關若開,Tsín就活動,電火開關若關,Tsín就hua--去恬恬 bē活動。比論肝細胞就有kap肝功能相關ê Tsín teh 活動,其他ê Tsín就去hông約束tiâu--leh;肝--裡啥mih Tsín 受約束,啥mih Tsín ē得活動,是lán uì有形卵到tsiâⁿ人ê個體過程當中一步一步經由細胞分化來決定--ê。

DNA分子ê基本結構就是交纏旋籐:tsit條旋籐ê頭拄hit條ê尾;A拄T,C拄G,tī兩條交纏旋籐ê中央,倚靠氫(king)力(hydrogen bond)互相giú hō͘ tiâu,tsiâⁿ做雙雙對對ê有機鹼;tsia-ê「有機鹼對」一層一層koh受互相ê分子力影響,致使交纏旋籐尾--à tsiâⁿ做ná一个捲螺仔梯ê形(double helix)(第一圖)。

DNA順次ē影響DNA ê 結構。DNA ê 結構 - 規條DNA分子是beh khah彎曲,tēⁿ tsa̍t-tsa̍t,á是beh 放līng-līng - ē決定一个Tsín 是m̄是ē活動。簡單講,DNA分子束愈ân(愈彎曲ia̍h是tēⁿ愈tsa̍t),Tsín就愈bē活動。設使一个DNA分子頂頭有1,000 ê Tsín,束ân ê所在,hit-tah ê Tsín就khah bē 活動,甚至規个恬--去;賰--ê就是有teh活動ê Tsín。佗位束ân,佗位放līng,實際是無一定,Tsín ê活動是tuè細胞所需求來變化,所以DNA分子ê結構是一直teh改變(dynamic)。

Tsín ê 活動受非常giâm-gâi ê控制。因為tsit項機關實在siat-thái複雜,科學家到taⁿ mā iáu未完全瞭解,lán就無tī tsia討論--落-去。一項重要概念先講代先:Tsín ê活動量一定ài拄拄好,無就ē致病。一个Tsín若是活動了過頭濟,或者是細胞需要伊ê時suah無teh活動,a̍h是講伊活動了 m̄-tio̍h時;tsit款Tsín ê活動就親像是電火開關害--去án-ne - 電火m̄是點bē to̍h就是一直爍,無就to̍h m̄-tio̍h pha。Tsit-lō狀況ē hō͘ 細胞ê化學反應失調,一寡遺傳病、腦神經退化ê病、ho͘-lú-bóng走精ê病、癌症等等lóng kap tsia--ê 有關係。

 
▲(第三圖) 
說明:倒手爿:電子顯微鏡看--著ê人類染色體。正手頂:細胞、染色體、DNA kap Tsín 互相ê關係。正手ē:人ê二十三對染色體。 

科學技術進展hō͘科學家有法度tī實驗室內底改變ia̍h是設計DNA順次。Kā人工創ê DNA分子囥轉(tńg)去生物ê體內,hō͘「人工Tsín」 ê活動改變生物ê特性;tsit款就是人teh講--ê:Tsín改造物種(Genetic Modified Organism, GMO)。Tsín改造物種ê目的主要是beh hō͘種作ê mi̍h m̄驚各種天災蟲害,hō͘家畜kap雞鴨好io飼gâu生肉m̄驚tio̍h tse。

人ê四十六條DNA分子總加--起-來,叫做Tsī-lóng(Genome)。科學家想講透過設計DNA順次甚至影響規个 Tsī-lóng ê Tsín調控,可能ē得解決一寡目前無藥醫ê病症,mā ē得hō͘ tsit-má ê治療方式koh-khah好。Tse就是tsit-má上tshìng tng teh 發展ê精確醫學(precision medicine);因為逐个人ê Tsī-lóng to無仝,愈針對個人體質來治療,效果愈顯明,所以精確醫學mā叫做個人醫學(personal medicine)。

過去beh創Tsín ê改造有tsiâⁿ濟技術上ê限制,最近tse幾冬新發展ê技術 - CRISPR-Cas9系統(clustered regularly interspaced short palindromic repeats-Cas9 system)hō͘改造Tsín ê流程變kah簡單koh快速,而且tu̍h破限制ē得一擺就改造規个 Tsī-lóng。舊年(2014)美國ê一个研究團隊發表成果 - in利用CRISPR-Cas9 kā無正常ê Tsín改做正常--ê,成功治療有Thài-lo̍͘h-sīn血症(Tyrosinemia)ê niáu鼠,in相信未來像án-ne ê方式mā ē-tàng用來治療人類Tsín ê疾病。

DNA/Tsín/Tsī-lóng(第三圖)是通世界ê活mi̍h上大ê祕密,經過半世紀超過ê時間,lán總算tuì伊有khah濟了解。Tsit款科學智識kap技術ê進展hō͘ lán真濟好處,m̄-koh mā 紮來危機。改造Tsī-lóng ê技術若是使用tī人ê有形卵頂頭,將來出世ê囡仔一世人to受改造--過ê Tsín來影響;tsit款技術若是使用tī人ê生殖細胞(germline)頂頭,代代世世ê囝孫lóng ē受影響。雖bóng講改造Tsī-lóng ē得用來治療一寡病症,m̄-koh,lán對Tsī-lóng kap hia病症ê瞭解lóng iáu未透底,致使lán oh評估án-ne做ê風險kap好處。CRISPR-Cas9系統ê發展hō͘ Tsī-lóng改造ê khang-khuè愈來愈輕可,tsit-má lán就應該頂真面對tsit款技術發展對社會、法律、道德、倫理ê衝擊 - tsia-ê 重要--ê lán tiāⁿ-tiāⁿ ē làu-kau--去,因為台灣人一向siuⁿ過對重技術ê效率kap成果,「tsiâⁿ人」ê因素ká-ná拍無--去。

✏ 作者是德國Köln大學發育生物學(Entwicklungsbiologie)研究所自然科學博士


■參考資料:

Baltimore, D., Berg, P., Botchan, M., Carroll, D., Charo, R. A., Church, G., et al. (2015). Biotechnology. A prudent path forward for genomic engineering and germline gene modification. Science, 348(6230), 36–38.

Campbell, A.M., Heyer, L.J. (2006) Discovering Genomics, Proteomics and Bioinformatics (2nd Edition). San Francisco [etc.] : Benjamin Cummings.

Ran, F. A., Hsu, P. D., Wright, J., Agarwala, V., Scott, D. A., & Zhang, F. (2013). Genome engineering using the CRISPR-Cas9 system. Nature Protocols, 8(11), 2281–2308.

Yin, H., Xue, W., Chen, S., Bogorad, R. L., Benedetti, E., Grompe, M., et al. (2014). Genome editing with Cas9 in adult mice corrects a disease mutation and phenotype. Nature Biotechnology, 32(6), 551–553. doi:10.1038/nbt.2884