解開生命的奧秘：

二十一世紀生命科學的挑戰

吳成文

生命是什麼？

生命從那裡來？

生命的意義是什麼？

生命的必要條件：

結構（細胞）

能量使用（生存）

複製（繁殖）

演化（適應與進化）

人類：除上述生命要件外，尚包括

意識

什麼是“生命”？

－20世紀生命科學大革命

有史以來最偉大的

J. Watson F. Crick

DNA 模型

DNA

雙螺旋

結構

醣-磷酸主鏈

氫鍵 鹼基

基因複製 親代

第一子代

第二子代

基因轉錄

基因轉譯

多肽鏈(蛋白質) 氨基酸

遺傳密碼

三聯密碼子

停止密碼

啟始密碼

生物技術是利用生物

製造各種產品的技術

生 物 技 術

“現代”生物技術則由

基因工程（DNA 重組

技術）所衍發而出

基因結構 － 研究基因的功能與調控， 釐定

生命運作的機制

基因突變 － 發現疾病的成因，發展診斷方法

例：致癌基因、抑癌基因

生物技術在醫學上的應用

基因修補 － 疾病治療與優生保健

例：癌與遺傳性疾病的基因治療

基因轉殖 － 利用細菌、酵母菌、動植物細胞製造新藥品

例：胰島素、干擾素、生長激素、淋巴激素等

侏 儒 症

一個人不能成長到遺傳潛力所賦予的程度

成因：

內在因素：遺傳疾病－生長激素缺乏

外在因素：營養不足

來源問題－腦下垂體小，來源有限

安全問題－庫賈症(Creutzfeldt-Jacob disease)

憂鬱、行走障礙、精神錯亂、 痴呆

等症狀，發病後1－2年死亡

用人腦生長激素治療的問題

人類生長激素

之氨基酸序列

化學合成

質粒

腦下垂體

生長激素重組基因

重組基因生長激素

1. 如何將一度空間的DNA鹼基序列，轉換成三度空間的蛋白結構？

“結構生物學”(Structural Biology)

2. 如何瞭解細胞內巨分子（蛋白質、核酸、醣、脂肪等）的複雜結構，以及其表現功能的控制程序？

“蛋白體學” (Proteomics)

當前分子生物學的二大問題

生長激素(紅) 生長激素受體(藍-綠)

生長激素 生長激素受體

細胞內訊息傳導

轉錄因子

細胞週期控制蛋白

促進細胞生長及分裂之蛋白

生物技術的應用範疇

包括醫藥、農業、食品、海洋、特化、能源、環保等，深入人類生活的每一層面。

對人類健康與文明將造成莫大衝擊。

二十世紀科學上最大的突破。

二十一世紀生命科學的挑戰（一）

基因 — 解讀人類基因體計畫

人類的2 3對染色體

性染色體：男 XY

女 XX

人類基因體計畫的短期目標

1.完全定序人類基因體30億個遺傳密碼

2.決定人類基因體中，基因確切的數目及結構

美國解讀人類基因體計畫

1989年成立之專責研究機構

投資30億美元

預期在公元2005年之前完成

人類科學史上最龐大，最有挑戰性，最富吸引力的研究計畫

人類基因體之解碼

人類基因體30億鹼基序列，於2001年2月完成初步定序

這部“生命之書”，為每冊1,000頁，200冊之鉅著，一個人每天24小時不停閱讀，26年才能讀完一遍----需發展“生物資訊學”來分析

人類基因體含25,000個基因，比線蟲只多1/4 ----比較人類與其他生物之基因體，可瞭解生物之演化

約5,000種基因變異與疾病有關----可促進遺傳性疾病之研究

已解碼之生物基因體

生物名稱 鹼基數目 定序日期 基因數目

嗜血桿菌 180萬 1995 1,740

酵母菌 1,210萬 1996 6,034

線蟲 9,700萬 1998 19,099

果蠅 1億8,000萬 2000 13,061

老鼠 30億 2002 22,000

人類 30億 2001 25,000

人類基因體計畫的中期目標

1.瞭解2萬5千個人類基因的生理功能

(功能基因體學)

2.確定基因突變與疾病的關係（分子醫學）

始於一個精子與卵子的結合

受精卵經十個月懷胎

發育成一個有血、有肉、有感覺、有喜怒哀樂

的生命個體

可說是宇宙間最複雜的傑作

發育過程中由人類基因藍圖決定

人類生命的誕生

人類基因體計畫的長期目標

1.解開基因如何控制人類發育過程的秘密：

把一度空間的基因密碼轉譯成四度空間的生命現象

2.建立基因與疾病關係的定量分析：

每一個人有獨特的“基因指紋”

基 因 指 紋

顯示每個人所有能致病的基因突變

每個人都不同，就像國人所說的“體質”一樣

帶有一個能致病的基因突變，不一定會生病

– 單基因疾病：如心肌肥厚症、血友病等，有顯性、隱性之分

– 多基因疾病：如癌症、糖尿病、精神分裂症等，須有多個基因突變才發病

基因與疾病是或然率的關係

由基因篩選，可預測一個人

“在30歲前得心臟病的機率是正常人的3倍”

或“在50歲前得乳癌的機率是正常人的10倍”

此人如有症狀，則可治療

如無症狀，則可預防

如無治療或預防的方法，將在心理及生活上造成不安及負擔

如何在情、理、法上來看基因與疾病間或然率的關係？

例1. 30歲前得到心臟病的機率是一般人的3倍，

此人是否准許做飛機駕駛員？

例2. 50 歲前得到乳癌的機率是正常人的10倍，

此人的人壽保險保率是否仍與一般人相同？

例3. 有錢人可以預測基因做優生保健，窮人則不容易

基因決定論是否會把人分成不同的階級？

人腦 － 探究人體最後的秘境

21世紀生命科學的挑戰（二）

人之所以為人

只有人有意識、有語言、會思考、會學習

此萬物之靈的特徵，全來自於大腦

人 腦

含一萬億(1012)個神經細胞

每個神經細胞有數百到數萬個聯絡點

這些聯絡點，彼此相接構成無比複雜的神經細胞網路或資訊處理中心

此網路可處理1036不同組合的訊息，是一部超級大電腦

人腦除了電腦的機械功能外，是否另有屬於生命範疇特有的機制？

人類有史以來一直無法瞭解的問題

近十多年來，生命科學對人腦意識活動的研究，有重要的突破

人腦研究的重要突破

分子神經生物學

– 憂鬱症、老人失智症、精神分裂症、巴金森症等疾病之基因分析

精神藥理學

– 憂鬱症、燥鬱症、精神分裂症、巴金森症等之藥物發展

大腦功能影像學

– 電腦斷層掃瞄（CT）

– 核磁共振影像（MRI）

– 正子放射斷層掃瞄（PET）

CT

MRI

PET

電腦斷層掃瞄

核磁共振影像

正子放射斷層掃瞄

正常 腦中風病人

橫切面 冠切面

正常 老年失智症

看

聽

說

想

核

磁

共

振

功

能

影

像

語 言 中 樞

男 女

憂鬱症之腦PET影像

前葉 扁桃核

尾核

人腦究竟有沒有能力瞭解自己，將不

再是一個哲學上的爭論，21世紀的生

命科學研究無疑地會對這個問題提出

更明確的答案。

然而，當我們能洞悉並掌握意識、情

感等心靈深處的活動後，人還有自由

的思想和意志嗎？人還是自由人嗎？

二十一世紀生命科學的挑戰（三）

複製人的可行性— 動物複製技術的發展

Ian Wilmut, 1997

Gordon, 1965

複 製 蛙

複製人的可能過程

取得卵子（女人，無年齡限制）

卵子去核

取得體細胞（男、女均可）

提取細胞核

核轉移至去核卵子內

培養胚胎

殖入子宮內（女）

懷孕十月

生產

養育成人

有關“複製人”的問題

1.在科學上已不是一個困難的問題

2.複製過程可能造成長期性發育上的傷害

3.帶來空前倫理、法律與社會的衝擊

4.引起造成“怪人”或“超人”的心理恐慌

複製人可能造成之傷害

90%的複製動物在懷孕的前三個月，因胎兒及

胎盤異常而死亡

複製動物即使產下，也常有心、肺、肝等發育

不全，及糖尿病、免疫系統異常等缺陷

無法得知，複製人精神上是否會有問題

是誰的孩子？

三個母親：基因母親、孕母、養母

兩個父親：基因父親、養父

複製人（由複製細胞發育成長的人）與複製親代（提供複製細胞的人）遺傳上是不同時間生長的同基因雙胞胎，倫理上，他們是父母子女呢？還是兄弟姊妹呢？

如複製人過程中，卵、或胚胎儲存（冷凍）時間是隔代或多代，則他們的倫理關係更複雜。

基因母親與孕母如為姊妹、母女、袓孫或其他親威，則複製小孩與他們的關係，不易釐清

只靠單親的遺傳而產生的複製人，將徹底改變人類的社會關係。

複製人的倫理問題

複製人與其親代會有99.9%的相似性，有些重要基因由卵子提供，位於細胞核外（粒線體）

複製人如由成人體細胞核所製，其基因可能已

因老化而變異

複製人之發育（尤其是大腦），會受成長環境

影響，其性格及相貌卻可能改變

即使遺傳性質完全相同的同卵雙胞胎，性格也

可能差異很大

複製人不是真正的複製品

同卵雙胞胎有不同腦結構與行為

正常 精神分裂症

動物複製技術之應用

1.生殖性複製

維持優良品種的動物

保存瀕臨滅種的動物

複製人---傳宗接代，自我延續

2.治療性複製

器官移植

基因治療

優生保健

對許多嚴重的心、肝、腎等疾病,器官移植是救命的方法

人的活體器官來源困難，而捐贈的異體器官會有免疫排斥

使用動物器官移植不但會引起免疫排斥，更可能會有病毒

感染或狂牛病等後果

複製器官移植 － 由病人卵及體細胞複製胚胎，再利用胚胎

幹細胞，培養生長病人所需器官，由於遺傳性質相同，不

會有免疫排斥

複製器官提供不受免疫排斥，且較安全的移植器官，但複

製胚胎來因應自己器官的需求，可能產生倫理的問題

複製器官移植的問題

基因治療與優生保健

疾病雙親

疾病嬰兒

健康嬰兒

基因缺失胚胎

基因改正胚胎

基因改正卵

受精卵

胚胎幹細胞培養

胚胎幹細胞基因轉殖

去核卵

基因改正細胞

基因治療載體 治療性

(正常)基因

優生學的社會問題

挑選孩子是不人道

不該破壞自然法則

可能造成醫學濫用

引發社會階級歧視

政治化的強制作法

人類科學史上三大革命

工業革命 － 十九世紀 超越人類體力

資訊革命 － 二十世紀 超越人類腦力

生物革命 － 二十一世紀 超越人類生命力

未來之謎：生命科學可能踏入上帝的領域

控制生、老、病、死的生命大權

改變人類的智能與心靈

性行為不再是繁殖的唯一條件

選擇人類的後代

縮短演化的時程

科學的發展

導致人類未來

更美麗的幸福？

更危險的災難？

為了避免人類未來的災難，是否

應嚴格地規範科技的發展，

如禁止複製人的研究

可是我們禁的了嗎？

科學發展的原動力

好奇心

強烈的動機（對利益和權力的慾望）

這些都是人的本性，任何對人的

本性的壓抑，常常都是徒勞無功

今後因應之道

科學家的倫理教育

社會大眾的科學教育

如何永續發展科學？

1.以更多的研究去瞭解科學的利弊

2.以更多的社會教育去普及科學的知識

3.以更多的溝通去尋求理性的共識

“由科學發展所造成美麗的新世界終會來臨”

謝謝聆聽！