生物「金」字塔 (2) 生物精煉「金」字塔

撰文記者 陳堂麒
日期2016-10-14
清大研究團隊張大慈教授(左二)、曾晴賢教授(右一)與嘉大「鱟博士」楊明哲(右二)。

國際超夯動物明星多莉、尼莫現在都可以在台灣復育,可說是另類的台灣之光。

成功繁殖藍刀鯛、小丑魚的技術,可望降低水族貿易市場衍生的海洋生物資源過度耗損的窘境,以及以往備受詬病、使用氰化物毒魚的生態浩劫。

同時,將繁殖量產技術移轉給觀賞魚繁殖廠商,不但可進行海洋生物復育,減少海洋生態破壞的壓力,還可以創造龐大的生物經濟利益。

這就是生物科技最大的魅力,常常能化腐朽為神奇,平地起驚雷,甚至從人類最不起眼的資源上,創造無限的可能和輝煌業績。

目前,全球生物經濟總量每5年翻一番,增長率為25%~30%,是世界經濟增長率的10倍。

生物經濟引起廣泛的關注(參見本刊2015年6月號封面),生物資源作為人類生活和生產的物質基礎,但其承載能力和人類需求間的矛盾也日益尖銳。

因此,生物資源的研究越來越受到科學界的了解和重視,已經成為當今世界上最受關注和充滿活力的領域之一,讓生物科技孕育著說不盡的前景。

地球上不論陸上、海上的生物資源為人類蘊藏浩瀚的寶藏,提供生物技術產業應用盡情揮灑的空間,特別在農業、水產、食品、環保,並由此再延伸到醫藥、工業應用等,也意味著不可限量的經濟價值。

預計今後最重要的創新,約有一半將依賴生物科技。生物科技創造的通用性應用,讓每一次科學技術的突破或重大進步,都必然帶來一次大的產業革命和結構調整,也推動經濟的大發展和大跨越。

打開生物資源百寶箱

但目前,60%以上的生物技術成果,仍主要應用於製藥工業。生物製藥以微生物、寄生蟲、動物黴素、生物組織為材料,利用生物學科技及分離純化技術製造出新的藥品;利用生物科技開發特色藥或對傳統醫藥進行改良,更引發了現代製藥工業的重大變革。

以海洋資源為例,自1972年以來,科學家已經從海洋生物中分離、獲得新型化合物超過3,000多種——其中2,000多種具有各種的生物活性,並在這些活性物質研究的基礎上,開發出新型藥物。

如海洋生物酵素已臨床應用於治療類風濕關節炎、心肌缺血、視網膜損傷及抗衰老、防癌等;美國國家腫瘤研究所每年篩選1,500種以上新的海洋抗腫瘤化合物,已有多種包括DideminB、Bryostatin 4等成熟的活性物質進入臨床試驗。

已被廣泛使用的膠原蛋白、活性鈣(Active Absorbable  Calcium)、海人草酸(digenicacid,C10H1504N)、頭孢菌素(cephalosporin)、褐藻酸鹽、角叉膠(carrageenan)、阿糖腺甘(Adenine Arabinosid,Ara-A)、魚肝油、巴丹殺蟲劑(Cartap) 等,創造的經濟收入已無計可數。

但今後,生物科技將進入更廣泛、大規模的產業,生產及應用也將從疾病醫藥為主,轉向延長及提升人類各方面生活質量。

生物資源的百寶箱將被打開,並可以完全被檢視其價值,生物精煉出「金字塔」,從高值到低值,可以製成藥品、化學用品、食品、飼料、肥料、燃料、能源等,對人類社會產生的作用,遠遠超過資訊技術。

復育「鱟」 金門成國際聖地

清華大學生物資訊與結構生物研究所教授、國際知名櫻花鉤吻鮭保育學家曾晴賢,被新任金門縣政府特別聘請擔任顧問。金門正積極轉型建設「生物資源、循環經濟」,金門縣水產試驗所已設置野生「鱟」復育基地以及「水瀨生態與收容中心」,成為國際保育界朝聖之地。

有「灘地上活化石」之稱的鱟,正是生物「金」字塔典型的例子。

目前,全台只有金門與嘉義仍有野生鱟族群分布。

嘉義大學生物資源系暨研究所博士後研究員楊明哲,是台灣屈指可數的「鱟博士」。他為了推動鱟的科學、復育與生活應用,更是想盡創意,在一張以鱟為圖設計的文件夾上,把鱉的經濟利用價值展現無遺。

楊明哲說,鱟給你吃好、穿好,因為鱟殼富含甲殼素可作為人工皮膚、抗菌襪子、健康食品材料;鱟的卵是生態鏈的重要物資,因為候鳥就是靠著吃鱟卵補充千里飛航的營養;大家看電視也要感謝鱟,科學家從鱟的眼睛原理改善了電視的解析度;最重要的是,鱟血會救你一命,鱟血試劑可以偵測醫藥疫苗是否含有細菌內毒素。

鱟血每公升約值1.5萬美金,因此有「藍金」之稱。金門對岸的廈門鱟試劑廠,於1995年就開始批量生產特異性東方鱟試劑 (TAL kit)。

但抽取鱟血會導致鱟隻2%至3%的死亡率。中國將鱟血全部抽乾,然後把鱟賣到餐廳,再把殼送去做甲殼素,加上海岸線商港過度開發,一部「護鱟運動」的紀錄片――《刪海經》裡,為鱟返鄉金門的「鱟長」洪德舜說:「和平的鐘響,卻成了鱟的喪鐘。」

「藍金」跨領域整合型研究計畫

但生物技術又在此扮演了峰迴路轉的關鍵。

清華大學分子與細胞生物研究所所長張大慈教授研究團隊與金門水試所簽署協議,結合黃貞祥、藍忠昱、蘇志哲等多位教授及邱政洵醫師,同時從生物保育、基因工程、蛋白質結構及臨床應用,共同合作,進行國內首見的跨領域整合型研究計畫。 

清大研究團隊透過創新基因工程技術,嘗試在抽取鱟血、萃取鱟的蛋白質變成「鱟素」後,進一步找出產生鱟素的這一段基因,再植入作為載體的大腸桿菌,利用大腸桿菌每20分鐘分裂1次的「複製」能力,來提高鱟素的製成產能,藉此減少鱟隻抽血次數和死亡率。

團隊進一步以尖端物理、化學及分子生物方法探討鱟醣分子rHPL之結構、功能與機制相關性,並與臨床醫師合作研發rHPL於致病菌檢測及抗菌劑等應用。

研究已證實,rHPL可抑制綠膿桿菌之生物膜形成,可凝集綠膿桿菌並抑制其感染人類細胞。

綠膿桿菌是一種伺機性感染病原菌,能伺機感染人體任何部位,一般影響肺部及泌尿道,或造成燒傷、傷口及其他血液感染,如敗血病、肺炎。院內感染的病症有10%是由綠膿桿菌所導致。

更重要的是,在抽鱟血的同時,金門水試所會進行鱟隻晶片植入手術,做為未來幼鱟放流後續追蹤,有助於對鱟群生活範圍、生態評估的進一步了解。

曾晴賢表示,「開發生物資源,保育、復育一定要同步進行,才有源源不絕的生物循環。」他也期待,在仍有野生鱟族群廣泛分布的金門,這項研究合作能樹立全新的科技里程碑。

>>本文刊登於《環球生技月刊》Vol. 37