皮埃尔·居里(PierreCurie)-高雄第一科技大学.ppt

第六章 奈米生物技術 6.1 前言 6.2 生物元件與生物反應系統 核酸 DNA的組成因子 力場對DNA之影響 基因突變 基因重組 2. 蛋白質 蛋白質結構 固定化技術 分子分析方法 蛋白質分析與其結構研究的重要性 3. 粒腺體 粒腺體與菌體比較 粒腺體的功能 4. 細胞膜 物質傳送 細胞離子通道研究 5. 電子傳遞系統 6. 免疫系統 免疫防護過程 7. 神經傳遞系統 神經細胞 6.3 奈米生物技術應用範疇 物種辨識 2. 生物感測 3. 基因操作 4. 基因治療 5. 藥物設計與藥物傳輸 6.4奈米生物技術未來研究及發展 生物修補程序 生物體外微系統開發 生物感測器主要是以生物分子如抗體、抗原、酵素、蛋白質、及核酸等來做為量測某化合物或離子的工具，一般而言，其量測化合物俱選擇性並常是一可逆反應。生物感測器的主要元件之一即是利用在感測器上加裝上生物元件來增加其偵測時的選擇性及靈敏度。而依照使用的生物元件不同可區分成酵素感測器(enzyme sensor)、免疫感測器(immuno-sensor)、受體感測器(receptor sensor)、微生物感測器(microbial sensor)、細胞及組織感測器(cell and tissue sensor)、及核酸感測器(nucleic acid sensor)等六類 ，其中，如核酸感測器即是以DNA雙股的互補性來做偵測的機制 。 生物感測器的主要元件之一即是利用在感測器上加裝上生物元件來增加其偵測時的選擇性及靈敏度。而依照使用的生物元件不同可區分成酵素感測器(enzyme sensor)、免疫感測器(immunosensor)、受體感測器(receptor sensor)、微生物感測器(microbial sensor)、細胞及組織感測器(cell and tissue sensor)、及核酸感測器(nucleic acid sensor)等六類，其相對的反應機制，可由前一節(6.2節)的生物元件介紹中得知，如核酸感測器即是以DNA雙股的互補性來做偵測的機制。 目前的生物感測器大都為體外偵測，且受限於對生物系統本身了解不夠、生物元件包埋(embedding)技術不足，及生物元件本身的選擇性不夠專一而被不反應物質所阻絕等因素的影響，故其實測應用性及準確度都有待加強。此外，無法作體內檢測是否會導致檢體在前處理過程的變質和測值不準，這些都有待確認。目前奈米技術已有所謂藥物載體(drug carrier)設計，即將藥物傳送到特定身體位置再釋放，以避免藥物的擴散與浪費。如果能把生物元件包圍在奈米顆粒中，減低非專一性的接觸並在體內直接量測檢體，則生物感測器，將可有進一步發展的空間。 生物技術主要的使命之一便是如何將一目標基因在一特定生物體中表現。由於遺傳密碼的一體適用性，因此即便是真核生物的基因都可以在原核生物內表現。原核生物中的大腸桿菌，因(1)其表現系統已被解明、(2)其菌株能在廉價的培養基中做高密度成長及(3)其無害於環境等因素而被廣泛利用為蛋白製造工廠並已成為世界各大藥廠爭相研究以生產高附加價值的蛋白質。 表現系統建立要素包括: (1)啟動子(promoter)及終結子(terminator)特性、(2)核醣體結合區與核醣體結合的能力、(3)表現質體的數目(copy number)、(4)利用質體或以質體併入染色體後表現、(5)產出目標蛋白在細胞的最終位置、(6)轉錄出的mRNA在核醣體的轉譯效率、及(7)產出蛋白在宿主(如大腸桿菌)的穩定性等。一般而言，穩定、數量大的質體、表現力強的啟動子及多點複製區(multiple cloning sites)，是建立表現系統基因架構的三大要素。 基因治療的關鍵在於基因轉殖(gene transfer)，有些基因轉殖必需採用體外培養、操作，再重新放入體內，稱為ex vivo; 有些則可直接應用於體內，稱為in vivo。 常見的載体包括: (1)反轉錄病毒載體(retroviral vector)是目前使用最多的型式，載體本身是一個被包膜(envelope)覆蓋的RNA病毒，會經由反轉錄作用而形成雙股DNA，再插入在宿主染色體中，達到基因轉殖及持續性表現的特性，惟此病毒只能感染分裂中的細胞，在體內又脆弱易被摧毀，是其缺點。此外反轉錄病毒有一個安全上的顧慮，即是病毒野生型會複製有能力病毒(replication competent virus)，會導致細胞突變，故使用上不得不慎 (2)腺病毒載體(adenoviral vector)有35 Kb，是大尺度的病毒，此一病毒顆粒穩定，可直接做體內(in vivo)轉殖，且不要細胞進行分裂，是其優點，但腺病毒不在細胞染色體中插入基因，不會在細胞內複製，故其表現是屬於短暫性的，(3)腺衛