人類疾病模式生物中心

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「模式生物」係指非人類的物種,但此物種可方便的研究特別的生物現象。

一般來說模式生物通常有下列幾種特性:

  1. 容易操作。
  2. 較無倫理之疑慮。
  3. 欲研究之生物現象在演化上是保守的(conservative),因此在此物種研究之發現,對了解其他物種或人類之生物現象是有幫助的。
  4. 在某些時候與人類疾病類似之外在特徵或反應機制,可在「模式生物」內再現,同此可用此模式生物研究疾病之病因、治療方法及可以篩選藥物。

許多的科學研究,在人類上直接操作是費工費時,有倫理之考量,甚至是不可行的。例如:欲拿掉人類的一個基因來觀察它對人類某個生命現象的貢獻在那兒,是不可行的,但在模式物上卻可以達到,而不會有倫理的疑慮,因此早在五十年前,科學家便積極發展不同的「模式生物」來回答不同的生物現象。

以現有最常用之模式生物,應包含下列物種:
Prokaryotes : Escherichia coli and Bacillus subtilis
Fungi : Saccharomyces cerevisiae (酵母菌)
Plants : Arabidopsis thaliana
Invertebrates : Caenorhabditis elegans (線蟲)
Drosophila melanogaster (果蠅)
Vertebrates : Zebrafish
Mus musculus (小鼠)


這些為最常考慮之模式生物系統,另外也有一些較少用到之模式物生系統,如真菌中的Schizosaccharomyces pombe便是一種。另有一些模式生物只對少數 pathway有方便性。

選擇模式生物系統通常有兩個主要的考量,第一是考慮研究者欲觀察之生命現象是否在於此生物系統存在或可經由強制表現而於此物種中組裝起來。舉個例子來說,人類對DNA複製之方法了解最初均是就研究E. coli的DNA的複製而得知的,因為E. coli和高等生物存在之DNA複製的方式大同小異。而另一個例子,人類雌激素如何活化下游基因的許多機制是在酵母菌S. cerevisiae中發現的,雖然酵母菌並無雌激素的訊息傳導系統,但表現雌激素受體(estrogen receptor)卻可使這機制於酵母菌中組裝出來。因此科學家便可於此物種中研究其有興趣之反應機制了。
考慮於生命現象是否可在此物種中來研究,第二個要考慮的便是研究方法是否成熟及這物種之研究品質是否有競爭力。舉個例子來說,若要研究蛋白質運送之機制,在cell biology的角度E. coli雖存在這些機制,但細胞過小,觀察不易,而在biochemistry的角度,Drosophila雖細胞夠大,也存在這些pathway,但gene knockout cell, gene knock-in及genetic engineering均不如酵母菌來的容易,因此酵母菌可能是研究此現象較好之「模式生物」,但若是要研究發育生物學及神經傳導,則C. elegansDrosophila又較其他物種來的容易及實際。此外,若要研究DNA repair,酵母菌存在較多的in vivo assay,所以酵母菌便是最好之選擇。因此這些選定研究之「模式生物」看似沒有一定的標準,通常是選用達成實驗目標之最低等的生物為原則,因為愈高等則操作時程愈久且花費也愈大。

在生物醫學研究上,人類細胞及個體常常不是最佳的研究物種及系統,欲了解人類疾病的原因及篩選藥物,如何選定最佳之物種需要有經驗之判斷及討論,本中心欲提供專業之諮詢,以最正面及有效率之方式與研究者互動討論,協助其選定模式生物,設計實驗及執行實驗,這中心宗旨應使研究者事倍功半的達成其研究目標,將有助之本校及全國生物醫學研究之發展。

 


國立台灣大學醫學院第一共同研究室人類疾病模式生物中心

Human Disease Modeling  Center of the First Core Laboratory, College of Medicine, National Taiwan University

管理人員:  詹琍婷   博士 TEL: 02-23123456 ext 88931/88507 E-mail: ltjang@ntu.edu.tw