熱門生物科技趨勢領域-生科基礎與生物醫學

生命科學基礎與生物醫學 產業發展最根本

撰文記者 楊傑名
日期2015-05-14
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文/楊傑名、吳靜芳

生命科學是自然科學領域的一大學門,過去,是由科學家於實驗中的觀察經驗延伸,廣泛地研究生物體的所有面向,包含生命起源、演化、分布、發育、構造、功能、行為、環境互動及生物分類學等。

近年來,現代生命科學已演變為一個龐大且分支複雜的領域,由許多不同的學科整合而成。儘管現代生命科學的範疇很廣,其中仍有某些核心的基礎與概念將這些跨領域的學習和研究連結在一起。簡而言之,是利用不同的方法來回答以生物為核心的問題。

生命科學龐大的分支領域可根據被研究生物體的規模,以及使用的研究方法來分門別類,例如從肉眼可以看得見的宏觀世界切入,有動物學、植物學、生態學和演化生物學;從生物體的器官或組織切入,有生理學、組織學和發育生物學;從細胞的層級切入,有細胞生物學、微生物學、病毒學和免疫學;從分子與原子的微觀世界切入,有分子生物學、生物化學、結構生物學及醣類生物學。

生命科學最終是希望能夠達到改善人類生活、提高農作物產量、治療診斷遺傳病與保護環境等目的。

發展快速邁向跨領域整合

生命科學領域不斷地快速發展,與其他跨領域學科的整合也日益增多。其中一項原因是近代分子生物學研究日新月異,最終使得人類基因解碼得以完成定序。

人類基因序列解碼後,為解讀人類基因體中龐大數量的基因資訊,進而促使了基因體學的發展;為探究基因密碼與蛋白質之間的交互作用,衍生出基因工程技術與蛋白質體學;為處理新的生物技術帶來海量的研究資料,需要新的電腦演算法來協助儲存、處理及分析,進而發展出生物資訊學…。這些新的跨領域生物研究,在未來將能幫助解決疾病、糧食和環境生態等問題。

其他生命科學的跨領域研究,諸如將植物學應用於農學、園藝學、花卉學、植物育種學和森林學等;或將生物學與物理學整合而發展為生物物理學、生醫光電學和醫學工程等。

以及,目前人類社會中最為重要且最受人們矚目的領域—生物醫學,即利用生物的基礎科學研究來解決醫學上的問題,如:癌生物學、生理學、微生物學、解剖學、病理學、藥理學、統計學、流行病學等,透過生物間分子機制的探討,從根本面來治療疾病與促進健康。

由上可見,以生命科學為基礎發展的生物技術產業,是一種腦力密集的知識型產業,一項生物技術的研發需要長時間的投入才能見到成果,研發的過程中,基礎研究的工作尤其重要。

目前,國內在學術或研究機構進行的前端研究,雖然不能即時帶來明顯的經濟效益,但這些學術與研究單位對於生科基礎研究能力的培養及人才的培育非常重要,只有紮實的專業能力與人才,才會是台灣生科學術領域與產業界未來與國際合作的利基。

許多專家學者亦認為,台灣發展生命科學產業必須以長遠的角度做規劃,不可急於一時的成功獲利。同時台灣生技產業的方向,亦不能盲目地追求國際主流的發展趨勢,必須要思考台灣特有的資源特色與競爭利基,選擇合適的產品項目進行開發。政府也必須更加積極、且更加準確地投入資源,為台灣下一世紀的產業發展與國際競爭力,做出最有效率的投資。

為此,因應生命科學未來的持續進展及加強生命科學於醫學上之應用,目前台灣各大專院校積極開設生命科學與生物醫學相關科系、系所,希望能培育具有紮實生命科學基礎及生物醫學相關之專業知識;能自主學習、獨立思考及判斷;擁有理解、分析與解決問題的能力;並且可以勝任生物醫學相關研究或其他業務的人才。

希望透過這樣教育的人才建設,讓台灣在生命科學領域中,能找到自己的特色與創新,並與生物醫學進行跨領域整合,甚至能在某些疾病研究上獨步全球。


國立清華大學:累積24年研究能量 台灣生命科學教育最大搖籃

國立清華大學是台灣第一所創立生命科學系的學校,從其歷史演變,可以看到台灣生命科學大學教育發展的軌跡。

今年4月,清大在台建校59週年校慶,同時也是清大第一屆生命科學系畢業20週年紀念,這些台灣「第一屆」的生科系畢業生,今年受邀回娘家與當年指導他們的師長相聚。

晚宴活動中,草叢間螢火蟲的微光閃爍,師生老友們把酒話當年,當時的畢業生如今有成為教授、老師,有人選擇披上白袍步入杏林,更多人則是在產業界擔任老闆或主管等要職,其中幾位也因其在社會上優異的表現,獲得了傑出校友的殊榮。

生科院的歷史傳承

清大成立生科系之前,於1973年先設立分子生物研究所,並於隔年開始招收碩士班研究生,是全國第一所專門致力於分子生物學研究與教學之研究所,也讓清大開始跨入生命科學之領域。

1982年,因國際間生物科技快速發展,其在醫、農及工業等應用技術的進展,清大於是成立生命科學籌備小組,規劃未來的教學及發展方向,分子生物研究所則於1984年成立博士班,1985年擴編並改名為生命科學研究所。

1991年,清大增設生物醫學研究所與生命科學系,並於1992年成立生命科學院,是繼清大理、工、原子科學、人文社會院之後成立的第五個學院,也是台灣第一個生命科學院。

1995年,為配合大學法鼓勵性質相近的系所整合,清大組織規程將生科院之各研究所歸入生命科學系。1997年,增設生物技術研究所,隔年,再將原子科學院的輻射生物研究所併入生命科學系。

2002年,隨著全球生命科學領域發展迅速,國際知名大學進行各類系所重組及科目整合,清大生科院進一步將院內系所調整成為1系4所,包括:生命科學系、分子與細胞生物研究所、分子醫學研究所、生物資訊與結構生物研究所及生物科技研究所。

2008年為因應神經科學的迅速發展,成立系統神經科學研究所,同年成立生科院學士班,目標是培育具有紮實生命科學背景,並兼具國際觀與跨領域專長的人才。

2010年,成立醫學科學系,希望能增強生命科學基礎研究在臨床醫學的應用,並培育具基礎醫學科學知識之人才。是台灣目前第一個、也是唯一一個目標培育將尖端生物技術轉譯至臨床醫學應用專業人員的學系。

累積24年研究能量

發展至今,清大生科院共計有2系、1班、5所。

現任清大生科院院長,同時也是中研院院士,江安世說:「清華生命科學院是台灣第一個生命科學院,自我期許應該要帶領國家在生命科學領域的方向,同時要做出一個成功的模式。」。

他表示,生物科技產業是屬於創新與研發的產業,是一種知識經濟,最重要的是要有特色的創新,從這個認知當中產生研究群,進而發展最新科技。

江安世進一步表示,「要做有特色的創新,很難用特定的方法去孵化,是要用時間累積能量,大約是一個20年的『Whole Generation(整個世代)』,而不是3年或5年的計畫可以達成的。」

清大生科院至今累積了24年的研究能量與人才,目前專任教師人數合計52位,學生總人數約840位左右,是台灣生命科學基礎教育最大且歷史最悠久的搖籃。

江安世指出,「在全球生物科技領域的競爭中,每項特色都需要深根,而深根至少要累積超過10年、20年能量。研究也不能追逐流行,這樣的話,重要的科學研究永遠都不會輪到台灣來做。」

也因此,清大生科院發展至今共有5個研究所,每個研究所都力求不同發展特色及研究成果。

分子與細胞生物研究所

若從1973年設立分子生物研究所算起,分子與細胞生物研究所(下稱分生所)至今已有42年的歷史了。

分生所致力將實驗室中之創新研究成果,推廣至生物醫學與生物技術等應用領域,目前已建立感染性疾病、神經退化疾病及癌症之細胞與動物實驗模式。主要的研究課題包括癌症生物學、癌幹細胞學、醣生物學、微生物學、分子免疫學、神經生物學、訊號傳遞學及保育生物學等八大方向。

分生所長期與國際研究單位合作,包含美國約翰霍普金斯大學、英國牛津大學和廈門大學等,期在分子與細胞生物科學研究領域躋身國際領導地位。目前畢業生亦分佈於國內、外研究機構、生技產業、製藥公司、智慧財產及科技管理單位等。

分子醫學研究所

分子醫學研究所,成立的目標為將現代生物學的知識和技術,包含分子生物學、細胞生物學、微生物學、發育生物學、組織工程、再生醫學、遺傳學和生物資訊等,應用在臨床醫學上,期能對疾病的致病機轉作分子層次的探討。

分醫所目前與國家衛生研究院、馬偕醫院、台大醫院新竹分院、長庚醫學院及榮民總醫院在教學與研究上,皆有密切的合作。未來,亦將為欲進修之臨床醫師規劃博士班學程。另外,每年清大分醫所與日本大阪大學會合作舉行生科雙邊學術會議,促進雙方研究生交流。

生物資訊與結構生物研究所

生物資訊與結構生物研究所(下稱生資所),指導老師主要的研究有蛋白質結構學、X光繞射晶體、醣生物學、細胞膜生物物理、植物分子生物學及分子系統與淡水魚類生態等領域。

一般來說,這項學科主要是利用分子結構分析及基因表現調控所獲取的生物資訊,結合現代生命科學研究及物理、化學之相關知識,探討各物種之生物體的交互作用與訊息傳遞機制。

由於分子資訊的量化,生物數據統計模型也可被運用來描述生物體中的動態變化。因此,生資所的研究除了從DNA及蛋白質的結構來探討外,亦可從數學統計的分析來探掘重要的隱藏訊息。

生物科技研究所

生物科技研究所(下稱生技所)的研究領域甚廣,包括:生物晶片技術、分子毒物學、分子癌病學、腦科學及藥物設計等。

江安世亦擔任生技所...