2014 — 顛覆你想像的科學年-生物篇

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病人將首度接受幹細胞器官移植
實驗室可能很快就能培養每個人自己的替換器官。
實驗室可能很快就能培養每個人自己的替換器官。
今年8月底，病人將首度接受幹細胞器官移植的臨床試驗，這項試驗是由英國醫學研究委員會（Medical Research Council）資助。試驗中的病人喉頭受損，呼吸、說話和吞嚥都有困難；病人動手術時若需要呼吸器輔助，就可能出現這種副作用。馬丁‧ 柏查爾（Martin Birchall）和同事已經利用病人自己的幹細胞拯救了兩名情況嚴重的患者，不過現在他們希望這項技術能成為常態治療。

要培養出移植用的組織，必須先從病人的臀部取得幹細胞，接著送到實驗室培養增殖，再使用化學訊號讓這些細胞轉化為軟骨組織，最後才移植到一般器官捐贈者提供的骨架上（骨架上頭的捐贈者細胞已經先清除掉了）。

這個研究團隊收藏了許多捐贈器官的骨架。柏查爾解釋：「我們有很多捐贈的器官，可以挑出大小適合病人的器官解凍使用。」用病人的幹細胞培養出移植器官後，外科醫生會將它切割成符合病人喉頭的形狀，再移植上去。這些實驗室培養的移植器官來自病人自己的細胞，所以沒有一般外來捐贈器官被免疫系統排斥的風險。

柏查爾說：「這將是首度在控制完善的適當環境下，試驗幹細胞移植的技術。」如果試驗成功，他希望這項技術能運用在其他類型的器官移植。

作物將從空氣中吸收肥料
2014年，研究人員將開始改造作物的基因，企圖讓它們能直接從空氣中捕捉氮，而非從土裡的肥料中獲得。大部分植物是從土壤裡取得氮，這些氮通常來自分解的有機物質或人工合成肥料。多虧這些無機氮肥，我們才能種植足夠養活全球人口的作物，不過生產氮肥得消耗大量能量，使用化石燃料，還會釋放溫室氣體。

現在由微軟公司的比爾‧ 蓋茲資助的計畫正在做實驗，研究能從空氣取得氮並傳遞給某些豆科植物的特殊細菌。「豆科植物能夠運用位在根部的這類細菌：細菌會把氮轉換成生物能夠使用的形式給植物。」參與這項研究的英國約翰英納斯研究中心（John Innes Centre）植物學家吉爾斯‧ 歐德洛伊（Giles Oldroyd）表示，「如果我們能將這種能力轉移給穀類植物，就能讓農業斷除對無機氮肥的依賴。」

2014年歐德洛伊和同事將把外來基因加入玉米內，讓它們和從空氣中吸收氮的細菌成為夥伴。

從頭打造酵母菌的基因體
2014年，國際團隊將首度建構完成酵母菌人工染色體；全球科學家打算聯手從頭建構酵母菌細胞運作所需的基因體，而這是計畫的其中一部分。這個富有野心的計畫在十年前啟動，希望了解細胞需要哪些基因才能存活。

傳統上，科學家是將基因逐一剔除並觀察後續結果，不過這個酵母菌研究團隊採用相反的策略。他們是將DNA片段一個個加進來，組合成基因體，看看這樣是否能維持生命。這個計畫想要了解，基因內含的「間隔」有多重要。動物、植物和酵母菌是由「真核」細胞所構成，這些細胞的基因序列中間都穿插了沒有蛋白質編碼的DNA片段，細菌的基因體則沒有這些間隔。「所有真核生物的基因體都有這種間隔，不過酵母菌的間隔比較少，而且科學家認為它們並不重要。」英國倫敦帝國學院的科學家湯姆‧艾里斯（Tom Ellis）表示，「所以我們就擺脫它們，看看細胞能否存活。」

用植物來生產流感疫苗將病毒注入植物，就能讓植物製造出疫苗所需的蛋白質。
將病毒注入植物，就能讓植物製造出疫苗所需的蛋白質。
有別於刺激哺乳動物細胞或利用雞蛋來製造疫苗化學物質，我們也許很快就能從植物體內取得疫苗物質。每年主要的季節性流感病毒株都不一樣，我們每年都得和時間賽跑，開發並製造足夠的新疫苗。

利用植物生產疫苗化合物可能更便宜、更快， 也較不易遭到汙染。英國約翰英納斯研究中心的喬治‧羅蒙諾索夫（George Lomonossoff）與研究團隊研發出用植物製造疫苗的方法。他們已經用這種方法製造出藍舌病病毒的疫苗，這種病毒會感染牧場動物。2014年他們將進一步發展人類疾病（例如流感）的疫苗。
羅蒙諾索夫表示：「用雞蛋製造疫苗最快也只能做到『即時』。」加拿大的Medicago公司已經運用羅蒙諾索夫的技術來生產流感疫苗。目前證實利用這種植物系統可在一個月內生產出一千萬劑流感疫苗，實驗疫苗也已開始在人類身上進行試驗。

作者：潘妮‧沙契（Penny Sarchet），植物遺傳學博士，也是獲獎的科學記者。
譯者：林雅玲，於中央研究院國際研究生學程取得博士學位，主修生物科技學，長期從事科普翻譯。