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解密新興的合成生物學!跨域工程與生命科學兩門專業學問,推動精準健康發展新契機—專訪臺大分細所副教授黃筱鈞

111/01/28 瀏覽次數 7750
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圖左:科技部長吳政忠,圖右:臺大生命科學院分子與細胞生物學研究所及電子工程學研究所副教授黃筱鈞

「不用去害怕問笨問題」,臺大生命科學院分子與細胞生物學研究所及電子工程學研究所副教授黃筱鈞以一個斜槓的過來人這樣說。大學主修電機工程,卻跨領域地轉換跑道,以美國哈佛醫學院系統生物學系博士生身份畢業。專長細胞分裂、系統與合成生物學的黃筱鈞,會進入這個領域其實也是誤打誤撞,「千禧年左右兩篇發表在《自然》期刊的論文給我很大的啟發」,當時有一群由工程和物理學家所發表的系列文章、定義了合成生物學的概念(synthetic biology),開啟了整個系統和合成生物學領域,也讓黃筱鈞的博班從工程轉向到生命科學上。

合成生物學,未來精準健康領域新秀

所謂合成生物學,是指能以大規模設計一個新的基因組為目標,相比過去熟悉的「基因改造(Genetic Engineering)」多以包括移除或插入不同的基因做微細的 DNA 修改,合成生物學通常會動到數以萬個的DNA鹼基對(Basepair),並運用工程學的概念來設計測試,模組化DNA元件(DNA Biobricks)和基因迴路(Gene Circuit)等,以確保「機器」能運作順暢。因此,可以說合成生物學是結合了生命科學和工程領域的知識來解決眼前問題的一門學科。

黃筱鈞近一步解釋,基因迴路也可以被視為在細胞內的一種可計算元件,也創造了一連串基因迴路設計與應用的熱潮,許多以工程元件為基礎的生物設備紛紛問世,包括邏輯閘(logic gates)、過濾器 (filter)等皆是,而其中最為人所知的,正是應用邏輯閘來對細胞療法做更精準的設計,達到精準醫療的目的,像MIT的臺裔科學家盧冠達所創的合成生物學公司,正是採用此技術。
 

延攬跨領域學生,創造跳脫框架的思考

黃筱鈞實驗室利用合成生物學研究不對稱細胞分裂的設計原理,而近期,有一塊是用反應擴散方程式來描述細胞如何建立不對稱性,另一部分則是做單細胞影像分析、並希望藉由機器學習來完成,「這也是生命科學領域目前重要的趨勢」,用人工智慧解例如蛋白質摺疊等過去五十年分子生物學上的重大挑戰,這讓黃筱鈞鼓勵有電資背景的學生可以加入這個不同的領域,「因為對主修生物的學生來說或許陌生,但這些基礎很多是電機資訊學生大學的必修學分」,她說。

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在大腸桿菌內重建不對稱細胞分裂和分化(黃筱鈞提供)

黃筱鈞想起她轉換跑道後赴美就學的情況,表示在國外、不少研究生命科學問題的博士生或博士後,其大學主修多半不是生命科學,「但這讓他們反而能具備跳脫框架的思考」,不管是在分析問題或數據時皆是;黃筱鈞也說,雖然剛跨入生科領域時有許多不懂、甚至是會問出笨問題,但這些都是嘗試轉換成自己熟悉的語言、可能是數學物理基礎原理的過程,當彼此有了共識後,就能在各自不同背景知識的支持下,在生命科學的研發提供更多元的養分與火花,也因此她非常鼓勵有電機資訊,或是物理化學背景的學生投入生命科學的研究。

鼓勵女性科學家,科技部積極打造友善學術環境

女性科研人員往往因不同階段的外在挑戰,如生育、家庭照顧等因素,而影響到在科研表現的發展。為了與世界性別平等潮流同步,近期科技部推出針對女性計畫主持人在生育期間的多項支持措施,包含從友善環境、托育協助與提供職場彈性,讓所有女性科研人員都能無後顧之憂地發揮自己的專長。

對一個自小在深具女力環境影響下成長的黃筱鈞來說,也是到了為人母時開始有了些不同的感觸。「當時因為懷孕跟育兒,我的研究幾乎是有些停滯的」,因為生命科學研究領域需要長時間的投入才能有較具深度的成果,所以回頭看那段時間,也相當具有挑戰性。而這一回科技部的政策在她看來可說是相當鼓舞,「可以有人力支援、申請時程也更加彈性。」可見科技部在輔助女性科研人才、打造育兒友善學術環境上,都開始有了更開放、進步的措施。
 

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