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◤學習現場◢色彩斑斓的生物科技

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生物技术(Biotechnology),又称为生物科技,指利用生物体(含动物、植物及微生物的细胞)来生产有用的物质或改进制程,改良生物特性,以降低成本及创新物种的科学技术。根据不同的工具和应用,它往往与生物工程和生物医学工程的(相关)领域重叠。千百年来,人类在农业,食品产业,和医药已经采用生物技术。早期的生物技术,可追溯至远古时代。古埃及人利用酵母菌酿酒。之后,包含传统式利用微生物之酦酵技术来做食品发酵,或是酦酵生产抗生素等,都是生物技术利用的例子。现代生物技术,在1950年代DNA结构的发现以来,分子生物学急速发展,将传统的生物技术进行了一次大革命。例如利用基因转殖技术,将胰岛素转殖到大肠杆菌中生产。开启了现代生物技术学之工业价值。在20世纪末和21世纪初,生物技术已扩大到包括新的和不同的学科如基因组学,基因重组技术,应用免疫学和开发医药治疗和诊断测试。【编按:引言摘自维基百科】

“一种疫苗的研发过程,平均可以耗上十几年的研究……”

“药,用得过多是毒药,用得太少没有效果,分量刚刚好才是正轨。”

这两句,是我在大学本科上医药生物科技课时,常听到讲师重复的话。当时的我回忆起小学和中学时打疫苗的情景,护士说打疫苗针是为了保护我们,小时候懵懵懂懂的我们就这样接受了。上了课后才发觉,这历经时间洗礼和科学团队努力才成为保护我的疫苗,原来从不简单。

上完课后,我也给自己一个期许,疫苗研发过程的平均时长虽然不短,但我希望在有生之年,可以见证一款新疫苗的诞生!

谁知,2020年新冠肺炎的来袭,触发了研究新疫苗的契机。人们开始对病毒有了基本的认识,各大媒体开始争相报导关于疫情的资讯,比如病毒株变种和检测病毒的方式更新,而疫苗的研究、进展和副作用更是近期热烈沸腾的话题。这些资讯,在几年前,几乎被一般大众忽略,没有深入去理解;而现今,除了基本理解,甚至还被有心人士利用,成了误导性资讯、阴谋论、政治手段等等。

是时候,回归正道。

如果说公共卫生领域是疫情前线必要的存在,而生物科技则是幕后助力的推手之一。

生物科技从简单易懂的说法上,可以定义为使用生物/生物系统来开发/制造产品。这些开发的技术是人们创新的部分,而所开发的产品则是对环境或是人类有所贡献。生物科技,依据不同的领域和运用,有众多的分支,一些科学家用了颜色来分类不同生物科技的分支,我觉得使用颜色的分法,让我以前在学习时更容易熟记,所以在这里一一叙述。

医药生物科技

这方面的生物科技专注于如何检测、治疗和预防病症。在检测方面,使用什么样的生物标志物去检测某种病症,然后再生产成试剂盒以方便化验师使用,其中的理论、前因后果、准确度与检测速度都是在医药生物科技方面非常注重的。

一个经典的例子就是我们的身体检查报告上,你会发觉检测某种身体代谢物/酶的指数意味着你是否健康,或者你患某种病的可能性。在预防病症方面,筛选什么策略去研发疫苗,比如是用灭活疫苗、组分疫苗或是新科技如病毒的脱氧核糖核酸等,其背后的利与弊都在考量范围。除了疫苗,在医药生物科技方面的产品还包含了贺尔蒙、抗生素、干细胞等,都在为人类的健康和存活贡献着。

农业生物科技

小时候,我们都听过祖父祖母说他们如何耕种一些农作物,使到这些植物长得快一些或是果实多一些。这就是一种农业生物科技的起源。现代农业生物科技专注于使用新科技培植植物,还有使用转基因植物来提高农作物收成和其营养价值。草甘膦是一种除草剂,经常用于农产品耕种里,如大豆和玉米。这些大豆和玉米已经被植入了一种微生物的基因,所以被称为转基因植物,这种基因能让农作物对草甘膦“免疫”,除去杂草的同时不损坏农作物,一举两得!除此之外,黄金大米也是种转基因植物,它体内也被植入了制造维他命A前体的基因,使到这种大米更有营养价值。

食品生物科技、昆虫生物科技

时下的年轻一代,如我,受到K-pop的影响,喜欢韩国美食。泡菜是一种代表性的韩国美食,使用适当的细菌和生长条件去发酵蔬菜,制作出美味可口的泡菜,是一种古老的食品生物科技例子。其他的发酵食品和饮品如乳酪、红酒和白酒等,也是在多方研究和科技的辅助下,挑战着你的味蕾对美食的形容词可以去到多高级的层次。

也因为所使用的原材料、微生物、发酵的条件和其他因素的不一,才会有各式各样名称的乳酪、红酒和白酒等。而昆虫生物科技,就有点反差萌了,毕竟不是那么可口。有一种飞蛾能自行在体内制造出天蚕素,是飞蛾免疫系统里重要的元素。经科学家研究,此天蚕素能防止生物膜的形成,达到抗菌效果。

工业生物科技

生物催化酶,是工业生物科技里经常听到的用词。这种天然的催化剂,可以加快转化过程,生产出甜味剂、维他命、氨基酸等重要的工业产品。工业生物科技也着重于生产过程中使用更耐用的酶/微生物、减低污染和成本、着重可持续以及快速的生产方式等。

海洋生物科技

突然想起许多和海有关的歌!那么海洋生物科技就像与海相关的歌曲库,谈论着一切和海有关的事。海洋占据地球四分之三的面积,海水盐分高,人类对海洋的了解度少,神秘度高,其发展的可能性可想而知。水产养殖是海洋生物科技的重点发展领域之一。了解鱼的基因和生长条件,能让科学家去培育具有理想特性的物种,比如更高的繁殖力或是生存在较低盐的生长环境,以应付人类对蛋白质的需求。

环境生物科技

环境污染,是人类的低端杰作,是环境的威胁。新闻里常听主播播报着这里的海洋被油污染、全球暖化、气候变化等,都在考验着环境生物科技专家们的耐心,以便扛得住打持久战。微生物的确是环境生物科技的好帮手,可以分解许多的污染物,包括结构复杂的漏油,把这些漏油当成是它们新陈代谢里的一部分。而近几年有一组科学家发现了一种能吃塑料的新细菌,大阪伊德氏杆菌,能对付这食古不化的塑料,可说是拯救环境的新星。

沙漠生物科技

我还没探访过沙漠,但是闻知沙漠的干燥和温度,就不敢恭维。不过,生存在干燥地带的微生物是具备对高温度的忍耐和对抗干燥的基因以及应对方式。这些微生物已被科学家发现,并运用在同样需要高温的堆肥过程中,生产出高质量的废料。

生物武器

电影里常见的情节,生物武器如“超级厉害的病毒”是导致人类变成僵尸的原因。这具有丰富想像力,不过实际上没有那么戏剧化。微生物本身也会像人类那样去制造自己的武器攻击敌人,比如制造毒素。如果蓄意利用生物科技去大量生产这些微生物毒素,会导致人类有生存危机,所以各国对生物武器都加以控管。相反地,毒素也可以是褒义词。控管脸部,维持青春,是现代人努力的目标。打botox更是越来越普及化。所谓的botox其实是肉毒杆菌的毒素。这毒素原本能导致松弛性麻痹,但经过改良后,注射进脸部能让你少几条像是“火车路”的皱纹,是对抗老化的生物武器呀!

生物科技的法律和伦理

由于生物科技与人类的生活息息相关,所以有关的法律与伦理经常成为社会的讨论焦点。像在疫苗研发方面,在临床试验阶段,为了保护参与试验的人们,这些参与者必须签署一些协议,以保障自身的利益。而在伦理方面,经常讨论的议题还包括了基因改造的负面标签、推崇高等基因、复制人类等课题。

生物资讯

如今真的是生物资讯的黄金时代。生物资讯的持续发达,改变了以上所有谈论过的生物科技领域的发展。比如利用下一代测序的基因组分析,能更快速地去了解每个人的基因组,哪些基因的改变或是排序有可能导致一些遗传性疾病的发生,进而去改善人类的健康。或是像如今新冠病毒的病毒株变种,也是藉着生物资讯的分析,去了解基因组的变异,发现新病毒株如何生产变异的刺突蛋白,更容易侵入人体。

如果你问我的专业属于哪一种生物科技的分支,我只能告诉你,我身上充满着五颜六色。下个星期二的“学习现场”,我们再来看看各种生物科技的颜色,如何带我进入错综复杂又高潮迭起的研究经历!

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