今(7)日，圖爾思生技攜手中央研究院、臺大醫院舉辦第七屆「亞洲微生物體趨勢論壇」，特別邀請到中興大學生命科學院院長黃介辰、台灣大學海洋研究所特聘教授謝志豪、中央研究研究員蔡怡陞，分享從微生物的生化機制探尋生命起源、以演算法預測微生物菌叢變化，以及臺灣野生釀酒酵母菌的演化。


 

黃介辰：從微生物探生命起源 在外星殖民有望！？

 
中興大學生命科學院院長黃介辰分享，生命的起源為何，一直分為兩派理論，其一是，主張生物體只能來源於先存的另一個生命的生源說(Biogenesis)，另一個則是，生命是起源於非生命物質的無生源說(Abiogenesis)；為了瞭解如何運用地球上有限的資源在外太空中的其他星球殖民，便展開了研究。
 
黃介辰指出，首先，建構生命的第一步應涉及羧基化作用(Carboxylation)，因此我們將研究重點放在研究生物代謝網絡中反向三羧酸循環(reverse TCA cycle)的機制。
 
研究發現，反向三羧酸循環中的α-酮戊二酸氧化還原酶(α-ketoglutarate oxidoreductase, KOR)，在大腸桿菌產生固碳循環的四步反應中扮演關鍵酵素，可以改變大腸桿菌的營養模式(trophic-mode)。
 
黃介辰表示，研究也發現，大腸桿菌的KOR可以將二氧化碳作為唯一的碳源維生，並運用氫作為電子提供者。在文獻中也發現，將KOR給予年老小鼠可以延長其壽命。最後，黃介辰笑道，因此，若攜帶大腸桿菌的KOR到外星球可能可以作為細胞工廠，產生生存所需的有機化合物。


 

謝志豪：創新演算法精準預測複雜微生物菌叢互動

 
台灣大學海洋研究所特聘教授謝志豪，接著分享了其如何運用數學演算法，進行大規模物種間互動的預測，該演算法尤其適用於複雜的微生物體研究。
 
謝志豪表示，由於在自然環境中，物種間的互動並非恆定不變，且例如在同時培養兩物種時，某些互動模式並不易被量測，在更大規模的生態系中，物種、環境變因數量極多等原因，要以人為方式重建自然中的互動網絡是十分困難的。
 
因此，運用「狀態空間重建」(state space reconstruction)的數學方法為基礎，包括收斂交叉映射(convergent cross mapping)等方式進行向量分析，謝志豪團隊進而創建出一項演算法模型，能夠使用在不同時間點觀察到的數據(如物種組成)，建構出上百個物種間，隨時間變化的互動網絡「multiview distance regularized S-map (MDR S-map)」。
 
該演算法模型，能詳細計算物種間的互動力(interaction strength)、網路拓撲(network topology, 由許多節點組成的網絡)、網路穩定性(network stability)等。


 

蔡怡陞：臺灣野生釀酒酵母多樣性 與中國並列第一高！

 
蔡怡陞表示，人類利用釀酒酵母菌(Saccharomyces cerevisiae)釀酒已有上千年的歷史，該酵母菌也在近代成為生命科學研究的模式生物而被充分研究。然而，除了少數被人類馴化的菌株(strain)，我們對其他野外的釀酒酵母菌們所知甚少。
 
因此，蔡怡陞團隊跋山涉水在臺灣的闊葉林廣泛地採樣，包括採集樹皮、樹枝、樹葉、果實和土壤等，經處理後浸入特製培養液培養，以進行進一步分析。
 
蔡怡陞表示，從樣本成功分離出釀酒酵母菌的比例算高，顯示釀酒酵母菌其實廣泛存在於臺灣森林，不過，透過總體基因體學（metagenomic）研究發現，其豐富度極低，在一個樣本中大約只佔所有微生物的十萬分之一。
 
蔡怡陞建立出121個臺灣釀酒酵母菌菌株的全基因體定序，並擺進世界各地的野生釀酒酵母菌菌株的演化樹中。
 
結果發現，臺灣的釀酒酵母菌們，可分別歸類到6個廣泛分布於亞洲的譜系(lineages)，還有3個臺灣特有的譜系，多樣性與中國並列世界第一高！
 
(報導/李林璦、巫芝岳、劉馨香)