第八屆亞洲微生物體趨勢論壇

資料庫、AI賦能!益生菌、病原檢測、抗生素開發市場潛力大

撰文記者 彭梓涵
日期2024-01-28
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(攝影/彭梓涵)
昨(27)日,由中研院生化所、臺大醫院和圖爾思生技主辦的第八屆的亞洲微生物趨勢論壇盛大展開,在議題3(Session 3)中,由臺大醫學院醫學檢驗暨生物技術學系俞松良教授主持,並邀請臺大動物系陳明汝特聘教授、海洋大學生科系林翰佳特聘教授、中正大學資工系黃耀廷教授、伯森生技鄭博文產品經理、騰達行蘇秉堉市場開發總監,分享微生物新興技術於科研和市場應用。

(攝影/張哲瑋)
 

陳明汝:益生菌研發如何走向精準? AI賦能微生物體

 
臺大動物系陳明汝特聘教授分享益生菌的演變與應用,她表示要做菌的研究,就要先找菌在哪?她也歸類三種找菌的方式:一是由上而下(Top Down Approach)、二是由下而上(Bottom Up Approach)、三是合成生物學(synthetic biology approach)的方式。
 
她表示,由上而下是傳統最常用方式,例如:她十年前做慢性腎臟病研究時,就嘗試找從健康個體中,找到能降低尿毒素的益生菌,目前她也設計了一個益生菌篩選平台,從80種候選益生菌中,挑到2支菌株,在貓實驗中證實可使尿毒素前驅物減少。
 
由下而上的方式非常需要各種微生物「omics的數據」,透過整理的數據中,找出可能與宿主、宿主的代謝體有影響的益生菌。例如Hafnia alvei 4597這隻菌就是由此方式找到,在飲食過剩引起的肥胖小鼠中,證實食用Hafnia alvei 4597可達到減重效果,目前在國外已有相關產品推出。
 
最後是合成生物學方式,其是透過DNA transfer或是基因編輯的方式來獲得需要的益生菌。不過她也強調,各種方式未來都會走到AI,AI也會加速微生物學的發展。

(攝影/張哲瑋)
 

林翰佳:「草本炭方」奈米材料替代抗生素 炬銨蝦飼料銷售中國、東南亞

 
海洋大學特聘教授林翰佳,介紹了其團隊開發可作為動物飼料中的「抗生素替代物」的奈米材料。他表示,因錯誤、過度使用抗生素所造成的抗生素抗藥性(AMR),已是全球嚴重的問題。尤其在高密度的動物養殖場,業者經常為了預防動物大量感染而濫用抗生素。
 
因此,林翰佳團隊開發出「草本炭方」技術,這種「次世代植生素」可解決傳統植生素效力不佳、穩定度低的問題。他們結合炭奈米科技,將於檸檬酸炭化加工為奈米碳點,再以亞精胺(spermidine)包覆,由於其帶有高密度正電荷,因此抗菌效果佳,這項加工也讓亞精胺的抗菌能力提升2500倍以上。
 
林翰佳團隊曾將這項奈米材料應用為傷口敷料、細菌性角膜炎治療等,都具有宛如抗生素的殺菌效果。該材料也可用於防治蝦類弧菌造成的蝦肝胰腺壞死病;由這項技術衍生成立的炬銨生技,目前已開發出含有草本炭方的蝦飼料,並外銷到中國、越南、菲律賓等國。林翰佳表示,未來希望持續開發這項新材料,甚至了解其對其他動物腸道菌相的影響。

(攝影/張哲瑋)
 

黃耀廷:mNGS力助病原體檢測!已建臺灣人專屬資料庫解鑑定難題

 
中正大學教授黃耀廷,介紹了其和亞洲準譯(APG)產學合作下,運用總體基因體(metagenomic)次世代定序(mNGS),開發的感染性疾病檢測方法。
 
他表示,醫院傳統利用病原體培養,或抗體、抗原、核酸檢測等方法檢測病原體,但這些方法多半有所限制,例如培養耗時、部分病原體難以檢測等。mNGS則是一項能突破此限制、不需培養的方法,且可在24小時內產出準確的報告。
 
不過,黃耀廷也指出,在臨床端實際使用mNGS時,由於定序極度靈敏,來自環境中的污染等都會降低其準確性。因此,他們建立了一項涵括臺灣泛基因體(pangenome)和病原體的資料庫,釐清病原體和人類大量重複的序列、排除過去對病原體基因鑑定的錯誤,加入專屬於台灣特有的病原體基因,進而訓練出排除污染(decontamination)的模型、流行病學模型等。
 
他也分享了幾個臨床案例,包括肺炎、腦膜炎、骨關節感染、傷口感染、心包膜炎等,病人在醫院中因無法順利鑑定出病原體,最後進行mNGS了解病原體後,給予正確藥物才快速痊癒的案例。他也期望mNGS未來有機會進入感染症的常規檢測中,讓病人快速得到正確治療。
 

善用工具 提升定序可近性、精準性


會中伯森生技鄭博文產品經理分享PacBio長讀取定序(long-read sequencing) 技術的「HiFi 定序」,是目前市場上兼具高準確度與長讀取定序能力的定序技術, 許多研究證實長讀取定序能比短讀取定序(Short read sequencing)更精準地發現各種基因序列變異,包含單一核苷酸變異(SNV)、插入缺失(indel)與大片段結構變異(SV)。
 
他指出,透過 PacBio定序系統採用獨有的循環共識定序模式(CCS),待測DNA會被反覆定序,因此可以藉由比對反覆定序的序列結果,將隨機產生的定序錯誤加以修正,並保留下真正的基因體變異數據。

(攝影/張哲瑋)
 
騰達行蘇秉堉市場開發總監則介紹Oxford Nanopore Technologies 開發的便攜式定序儀,他指出Nanopore 定序技術主要是在薄膜上嵌入一個蛋白質奈米通道,作為偵測器,而薄膜的兩端具有電位差,當不同鹼基通過此奈米通道時,電流會產生不同變化,以此來判定序列,因此不管Nanopore哪種機型,其得到得結果都一樣。
 
他也分享Nanopore 定序技術的優勢,包括:樣本不需要PCR放大就可對原始DNA和RNA樣本直接定序,此外,不只可短讀也可長讀,也可定序出DNA的甲基化(Methylation),由於無需湊樣、體積小,Nanopore產品也擴展了定序使用場景 ,目前已被科學研究和公共衛生界大量使用。


(攝影/張哲瑋)

(報導/彭梓涵、巫芝岳)