生物技术的发展与未来-庄荣辉网页.docVIP

生物技術的發展與未來 國立台灣大學 農業化學系 教授 莊 榮 輝 生物技術將在二十一世紀成為全球經濟與產業的主力，同時也在日常生活的各方面深刻地影響我們。由於生物技術在遺傳操作上的超強能力，衍生了在社會、倫理及法律上的許多問題，使得大多數人對生物技術產生疑慮與恐懼，甚至排斥。對於一門具有強大力量的新型態科技，這種無法駕馭的不安感正是人類的正常反應；想像遠古人類對火的恐懼，乃至控制火、使用火的歷程，以及近代工業發現電、利用電力的傳奇性過程，都是類似的情境。如今面對同樣的挑戰，是否也應該正面地去瞭解與探索，才能有效控制可能帶來的科學災難，同時享受新科技對人類所創造的進步與滿足。本文將以簡明文字說明生物技術的定義與內容，希望能把各個重要領域的操作技術原理說明清楚，以便讀者有基本的科學背景，獨立判斷生物技術所衍生的種種問題；尤其是對於人類社會、文明或倫理上的可能衝擊，則是更需要關心與討論的。 目 錄： 生物技術的範疇 基因操作 細胞培養 單株抗體 酵素工技 其他相關科技 美麗新世界？ 參考網站： 20/~juang/JRH/biotech.htm 生物技術的範疇： 廣義的『生物技術』可說是無所不包，人類日常生活上的食衣住行，幾乎全部離不開生物技術的影響；通常可把『生物技術』的意義定義如下： 利用生物 (動物、植物或微生物) 或其產物，來生產對人類醫學或農業有用的物質或生物。 依此定義，則早在數千年前，埃及人就已經知道用生物技術的方法來生產啤酒或其他酒類，我們所吃的醬油、泡菜、豆腐乳、紅糟肉、養樂多、味精等，也都是利用微生物幫我們加工過的食品。酒類所含的酒精與風味、醬油或泡菜的迷人香味、紅糟肉的抗血脂物質等，都是微生物的代謝產物；而赫赫有名的青黴素，則是青黴菌為了抵抗周遭環境各種細菌，所生產的『生化武器』，但被人類利用來消滅入侵人體的細菌。 因此，生物技術早就被人類所廣泛應用，這些產品也都符合上述定義，可稱為『傳統的生物技術』，但與現代的生物技術有點差別，而這點差異卻是所有問題的關鍵。『現代生物技術』運用生物化學、分子生物學以及分子遺傳學等現代科技利器，來改變生物個體的遺傳形質；這是在根本上控制了生物的代謝或生理，以達到生產有用物質之目的。兩種生技領域的最大差異處，在於現代生物技術是使用『細胞與分子』層次的微觀手法來進行操作，不同於傳統以『整體』動物、植物或微生物的飼養、交配或篩選方式 (圖一)。 ■ 『現代生物技術』之蓬勃發展，要從1953年在劍橋大學發現DNA的雙螺旋構造開始，遺傳學走進分子層次；接著是五十年的基因操作、轉殖與表現的百家齊放與爭鳴，把整個生物學帶入數百年所未見的狂潮。這個運動在『人類基因圖譜』解密的喝采聲中達到高潮，對五十年前發現DNA雙螺旋構造的J.D. Watson來說，是一個完美的句點，因為他也是『人類基因圖譜計畫Human Genome Project』的推動者。 生物技術產業經過數十年的發展，各種操作或技術可謂琳琅滿目，可主觀地歸納成數個範疇。 主要有 基因操作、細胞培養、單株抗體、酵素工技 等四大領域 (圖二)，以及其他生命科學相關的科技。 把單株抗體獨立列成一項，乃因於單株抗體是我自己的主要科技專長，且在學術界或產業應用上，單株抗體的使用相當多且廣泛；同時，在後基因體時代的研究上，單株抗體對抗原蛋白質的高度專一性，將使得單株抗體的發展，進入另一個新的紀元。 生物技術有一個特點，就是所涉及的科技種類，非常複雜且多樣，是一門『跨領域』特性極強的綜合學問。以研究系統而言，幾乎農林漁牧醫工各行業的動物、植物、微生物以及人體，都可成為生物技術的探討對象；其研究的深度與廣度，可以微觀至分子與細胞，甚至奈米級的原子層次，也可大到組織、個體、群落甚至整個生態系。最近，複製生物的倫理問題，以及基因改造物體的安全與法律問題，也把生物技術拖入法學與哲學的辯論中。因此，上面的四大領域分類只是供參考，其互相間有相當多的關聯，甚至有些是混合兩種以上之生技領域所衍生出來的新科技 (圖三)；而這種跨領域精神，正是生物技術或生物產業不折不扣的創新表現。 基因操作： 整個生物技術的根本，都起源於描述生命基本原理的一條主流程『中心教條』，而其發揚光大則造就了今日生物技術的多采與繽紛。 中心教條 基因操作是整個現代生物技術中，最重要的主流科技。在發現DNA的雙螺旋構造後不久，一個預期放諸四海皆準的生命公式出現了： 所有生物細胞內的運作，都要靠蛋白質為其工作機器，而蛋白質是依DNA所攜信息的指示，經由RNA所合成出來的，也就是說生命信息的流動是： DNA→RNA→蛋白質； 發現DNA雙螺旋構造之一的F. Crick戲稱此為生命表現的 中心教條 (Central Dogma)，因而有此稱呼。 若循著中心教條來看，改變