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February 07, 2007

什麼是化學生物學


化學生物學在九零年代興起,由哈佛大學的Schreiber和Scripps研究所的Schultz為主要的提倡者發起,並且在這一兩年開始有專門的期刊出現,包括有Nature chemicalBiology以及︰ACS旗下的(Journal of Chemical Biology)。化學生物學,過去基礎與視點是由傳統的有、(無)機化學出發。在過包括基礎生物分子的合成與突破,其中包括核糖的合成與氨基酸與短鍊蛋白質合成等,以及有機藥物合成與設計,翁啟惠的醣化學合成即是一例。(目前醣化學是有機合成領域中相當有挑戰性的領域,由於醣分子鍵結多樣以及生物上的重要,相當地為人注意。)由於siRNA的發現,現在也有化學合成家加入建立有效的合成途徑,並了解在分子層次上的基本作用。藉由這些方法更可直接觀察分子水準上的生物現象的研究。

過去的有機化學以及藥物合成,化學合成多較為消極的來自各種藥用動植物來源的萃取,先經過光譜分析判定結構式,合成;或是因為少數酵素、蛋白質的發現,作為藥物的改良的方法。但由於八零年代後,生技技術的穩定以及演算能力的長足進步,一則對於基本蛋白質的認識,再則九零年代組合化學的興起,快速開展藥物的探索。在藥物化學方面,若已知病理原因下某蛋白質的結構便能藉由Docking (電腦模擬),以及組合化學短時間篩選出適當的抑制劑、拮抗劑作為先驅化合物(lead compound) 經細胞毒理測試找出合適的candidate compound。這樣的進步也更進一步使得化學家能夠設計適當化合物直接了解基本的生理反應與代謝,例如醣化學的領域通常還包括如何控制蛋白質醣化修飾以及醣修飾過程的研究;或是設計適當的生物晶片重新評估、觀察基本生理代謝。這類設計藥物了解其
藥理機制以及探索相關蛋白質(exploring)在 Nat. Biotechnol. 2000, 18, 304-308.與Chem. Biol. 1999, 6, 361-375.各發展出不同的方法學。

化學生物除上述所說的生化分子的合成外,還包括八零年代發展起來的有機生物與無機生物學跟蛋白質質(體)學。現在的有機生物學與無機生物學除了過去模擬合成酵素活性中心、辨識分子的合成,近十年也相當對基本生物代謝有相當的探索,例如各式分子sensor與染劑的發展其中最有名的是觀察鈣離子的Fluo系列,以及這研究metal insertion 進而發現生物體內CN-、CO等分子的合成途徑以及調控(還包括一些金屬藥物與催化劑的成功)。同時蛋白質體學(與結構生物學)也相當提供資訊給化學家了解研究對象,化學家提供新或更有效的方法介入生命現象的分子作用。

在去年八月《自然》期刊便有篇〈What Chemist Want to Know〉 ,提及了現在化學「大」問題在哪的質疑,按:Nature asked many leading chemists what the field’s big questions are, and whether in fact chemistry needs big questions to maintain a sense of coherence and identity.這是化學界的新目標之一,化學生物學繼過去生物化學、分子生物學的成功,更積極的利用其對合成方法與基本化學的熟悉通盤的去了解生物分子的現象。但這個領域雖看似光彩,相當紛雜從合成到調控,目前的發展狀況下因為各領域方法的差異以及知識門檻,通常還是要跨領域合作(視研究主題與實驗室老闆專業的限制),或是要相當時間、經費成立一個比較大的研究團隊。例如專門的蛋白體學實驗室不見得具備合成實驗室的設備,現在分科下化學系學生也不見得具備基本細生、生化、分生知識,一般的
教育只得從研究所補強,為具備更寬廣的視野與學科基礎,除了實驗室主事者的知識外,如何培育一群具備兩界知識視野與架構,而非無益的知識累蓄(knowledge stocking)可能是來得更為重要。

February 05, 2007

砷生不息—地熱谷砷源及新聞整理

卑賤物是一塊被遺忘的領地,同時又是一塊時時被回憶起來的領地
——克莉絲蒂娃

過去台灣,土地砷含量在嘉南平原烏腳病發生上統計雖有正相關,但十年前亦有報告指出腐植質有關,在流行病學研究,誠如陳建仁在過去文獻報導所提及的,烏腳病何以在千人中僅八十人發病以及砷與腐植質間的機轉,乃至,何種砷的化學形式仍是病理發生的主因仍是待解的問題。新聞內書寫策略過份簡化將「砷」與砒霜、烏腳病的連結,同時,砷鉛鐵礬礦不等於元素砷,也不等於砒霜,例如某些海鮮軟殼含有五鉀砷(即砷酸酐,亦稱五氧化砷,其化學式為As205),但是無毒的,當還原成三氧化二砷,其化學式為(As203)的砒霜才是有毒的,完全端看使用方式。過去關渡也無相關的烏腳病流病史,這類新聞反而很容易引起無益的緊張。

按:

台大生物環境系統工程系教授張尊國建議,政府應進行風險管理設法降低風險,例如對關渡平原汙染區改種非食用性作物或變更土地利用方式;並對汙染區進行後續水質與稻作持續監控,以及溪流中因沖刷與沉積砷的流布擴散,也應該對生態影響進行風險評估。

台北市環保局委託台大生態工程中心的關渡農地砷汙染調查,發現流經北投親水公園的北投溪水質含砷量偏高,環保局準備立牌禁止遊客戲水,並取消親水階梯,以免危害健康。
衛生局表示,就化學性質來看,砷自然存在,是沈澱性的,如果要被人體吸收,必須是溶解性的,所以泡湯不會對人體有所影響。
陽明大學藥理所教授、北市議員潘懷宗認為,砷、鉛等重金屬可經由皮膚吸收,進入人體的機率不大,與飲用含砷地下水的危害相比,可能「泡湯一百年也不會中毒」。
溫泉協會前總幹事黃清泉說,青磺泉多種礦物成分都有文獻記載,從未聽聞對人體有傷害;國軍北投醫院曾經過調查,當地居民罹癌比率與其他地區無異,若說溫泉含砷,應該早就有砷中毒的病例。


不過這些新聞,呈現了幾個有趣的問題,例如「科學與常識」、「科學政治政策與當地生活」之間的角力。台北市環保局的緊急措施不免讓人聯想台灣一貫的政策多採以禁止、驅趕為主要的防範措施。如列斐伏爾:「空間是社會性的;它牽涉到再生產的社會關係,亦即性別、年齡與特定家庭組織之間的生物 -生理關係,也牽涉到生產關係,亦即勞動及其組織的分化。」往往我們的政策鮮少考慮到生活經驗這個因素,不僅僅此例。如果砷有它的風險,該如何去制訂本國的標準(還是緩引德國標準?),以及據歷史經驗去排除或找出危險源的真正形式,並不是單純的C50,這也是鮮少真正思考。以過去工業污染的處理邏輯,面對自然來源的污染,針對農地休耕以及農品銷毀的提議,關是否適用現在地力砷含量稍高的事實,至於之後復耕(?),改耕,農品標準的建立,還是土地利用的重劃都是重需考量的。(目前北投有休閒農產業園區的規劃)

同時不同科學領域,環境科學與藥理間的意見,一方面制止、一方面認為影響不大,以及大生態工程研究中心團隊生工系張尊國教授表示:「因此只要不直接飲用地下水,罹患烏腳病的可能性不高,過去此地也從沒有發生烏腳病病例。台北市的自來水普及率高、再加上溫泉水的硫磺味濃,因此民眾不太會直接引用地下水。此外,此地的砷是天然形成,而非工業污染所造成(?),因此劑量不足以對人體有害。」也提供了當地科學家的反應。端看不同專業學科的初步反應,以及修正,除了是螢幕上對民眾的反應外,都還未真正涉及民眾的溝通以及政策建立的協調。

除了單就新聞媒體生吞符號,破碎的科學介紹,警告民眾砷源的危險,在接下來消弭民眾的緊張外,如果砷已然存在,關渡平原上的生活、產業將要何以改變還是當它為不足量的毒素視若無睹?

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November 21, 2006

不光光是廢墟——Junk DNA

過去科學家將找不到功能的DNA喚作垃圾DNA(Junk DNA),在分子演化學的臆度,它們的出現有可能暗示著一個物種過去演化的遺跡,殘存在細胞體內,如同英國不知來歷的巨石陣。垃圾DNA曾經被猜測成散佈在資訊地層的細碎骨頭,但如今有些不同了,最近愛荷華大學有了新發現。

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