「DNA雙股螺旋結構發現紀念日」69週年產業特別報導

從基因工程、基因體解碼到基因治療回顧DNA產業發展里程碑

撰文環球生技

日期2022-04-24

4/25 DNA雙股螺旋結構發現紀念日

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1953年4月25日，華生(James Watson)與克里克(Francis Crick)在《Nature》發表論文，描述DNA的雙股螺旋結構，這項發現讓科學家終於瞭解遺傳物質代代相傳的奧秘，被認為是20世紀最重要的科學成就。

所有的生物，包括細菌、菇類、樹木與人，都是利用同樣的DNA分子，以四種鹼基「A、T、C、G」為密碼，編寫生命的資訊。解開DNA結構開啟了遺傳學、分子生物學、細胞生物學，乃至整個生物技術產業的大門。

在這近七十年間，有哪些關於DNA的重要技術或研究成果，推動了醫學和生技產業的發展呢？

⭐️1973 - DNA重組技術

藉由DNA重組技術，科學家得以將不同生物的DNA片段，殖入另一種生物體內，因而開創「基因工程」時代。在農業方面，科學家得以創造抗蟲、耐旱等特質的基因改造作物；在醫藥產業方面，過往人們大多藉由化學合成製造小分子藥物，而透過基因工程，人們開始能量產大分子（蛋白）藥物。

第一個上市的基因工程藥物，為基因泰克（Genentech）在1982年獲美國食品藥物管理署(FDA)核准，以大腸桿菌生產的人類胰島素。

⭐️1977 - 基因定序

1977年，Fred Sanger發明了聚合鏈終止法，成為第一代基因定序技術。在1980 與90年代，多種改良版的定序法相繼問世，2005年，將基因打散成小片段來定序的次世代定序技術(NGS)被推出，科學家開始能同時定序大量的DNA，且大幅降低定序的成本，成為推動生命科學、醫學研究的利器。

⭐️1983 - 聚合酶連鎖反應(PCR)

藉由PCR技術，科學家得以擴增微量的DNA片段，使該技術成為分子生物學研究的基礎。現今的新冠肺炎(COVID-19)確診的金標準，便是透過PCR檢測病毒的基因片段。

⭐️1990 - 生物晶片

微機電系統(MEMS)、軟微影製程(soft lithography)等技術的發展，使多種元件能縮小到單一晶片上，生技界開發出一次檢驗大量基因表現、基因型或基因變異等微陣列(microarray)晶片，以及以微流道建構多種功能的實驗室晶片(Lab-on-a-chip, LOAC)等。

近年，亦有利用場效電晶體(FET)偵測電訊號變化的原理，檢測DNA及其他生物分子的生物晶片。

⭐️2003 - 人類基因體解碼

美國能源部和國家衛生研究院於1990年啟動、2003年宣布完成的「人類基因體計畫」，協力多個國家共同破解人類遺傳資訊，帶動了對人體發育、生理、疾病更深入的解析，並促使精準醫療的發展。

其中，臺灣的榮民總醫院和陽明大學組成的「榮陽團隊」，也貢獻了4 號染色體上，超過一千萬個鹼基序列的定序成果。此外，還有一位來自臺灣的大功臣——賽亞基因董事長陳奕雄，他發明了世界第一台全自動高速定序儀ABI-3700，大幅提高定序的速度並且降低成本，促使人類基因體定序比原訂計畫提早完成。

而隨著第三代定序技術的發展，人類基因體中，有8%先前被擱置、難以解碼的序列，也終於在今(2022)年3月31日，由美國國家衛生研究院Adam Phillippy領導的大型跨國團隊宣布完成。至此，歷時三十年，科學家終於100%解碼人類的基因體序列。

⭐️2012 - 基因編輯技術

道納(Jennifer Doudna)、夏彭提耶(Emmanuelle Charpentier)和張鋒等人開發的CRISPR/Cas9基因編輯技術，提供精準且快速編輯特定基因的工具，徹底革新了遺傳實驗的方法。

CRISPR技術被提出後，許多改良、創新基因編輯技術也不斷發展，廣泛應用在生命科學研究，和農工業產品、醫藥品的開發。

⭐️2017 - 基因治療

隨著對基因體的瞭解，與基因編輯、載體、核酸合成等技術的發展，又將醫學、生技產業推上另一高峰，基因治療正式走入臨床應用。

歐洲藥品管理局(EMA)早在2012年首度批准基因治療藥物，為UniQure公司的Glybera，用於治療脂蛋白脂質分解酶缺乏症(LPLD)，然而其銷售不佳，現已退市。

美國FDA則是於2017年核准Spark Therapeutics (現為Roche子公司)的Luxturna，用於治療遺傳性失明疾病萊伯氏先天性黑蒙症(LCA)，代表基因治療時代正式來臨。

經過基因改造的細胞治療，也是基因治療的另一種應用。同樣在2017年，美國FDA核准第一個CAR-T細胞療法——諾華(Novartis)的Kymriah，其也於2021年成為第一個進入臺灣市場的CAR-T療法，開啟了血癌治療的新時代。

⭐️future - 合成生物學

展望未來，台灣精準醫療產業發展協會理事長李鍾熙認為，科學家除了被動修改基因，還能主動設計、合成DNA、規劃基因迴路，為細胞設計特定的新功能，甚至組裝或創造「人工生命」。這種需整合各種基因技術的「合成生物學」，將是未來發展潛力無窮的領域。

中研院長院長廖俊智，就是以合成生物學創造出世界第一株「合成嗜甲醇菌」，該菌利用溫室氣體轉化成甲醇，可作為生產各式含碳化合物的原料，不僅有工業價值，更有助於減少二氧化碳。廖俊智也以其合成生物學成就，成為首個獲得「以色列總理獎」的臺灣科學家。

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