產學合作新突破！臺灣蛋白質計畫（Taiwan Protein Project, TPP）由本院生物化學研究所特聘研究員蔡明道院士主持，該計畫近期與體學生物科技股份有限公司合作，提出用DNA聚合酶啟動「下一代DNA定序新方法」。研究論文於108年6月20日刊載於《自然科研通訊-生物學期刊》（Nature Research-Communications Biology）。蔡明道表示，本研究是高階產學合作的成功案例，利用研究團隊的生化知識，不但解決業界的實務問題，其突破性成果也對研究領域有重要貢獻。

由A、T、C、G四種鹼基對排列組合的DNA是生命的遺傳密碼。為DNA定序，已是當今科學研究、臨床醫學、藥物開發的關鍵技術[1]。然而，目前市面上最常用的DNA定序法[2]卻有兩個主要局限：須分二階段進行，且須使用化學藥劑。不但無形中使定序的成本增加、速度變慢，其讀取DNA鹼基對的數量也較少。對此，體學公司於2016年提出一套改良構想，利用3’酯化的脱氧核糖核苷三磷酸[3]（dNTP）以及一種來自海底嗜熱古菌、名為「Thermococcus sp. 9°N DNA聚合酶」的酵素，即可一次性完成定序反應。此構想終於在與臺灣蛋白質計畫合作後，其可行性於近期得到證實。

DNA聚合酶是生物進行複製DNA時所使用的酵素，身為國際酵素專家的蔡明道院士表示，本研究首先證明了Thermococcus sp. 9°N DNA聚合酶可催化使用3’酯化的dNTP的DNA定序反應[4]，再以質譜技術，證實該反應可連續發生不中斷。最後，透過不同顏色的螢光標記後發現，此反應一次即可進行到約450個鹼基對。未來進一步優化之後，在速度、成本及產量，皆有機會超越既有的方法。

研究團隊也強調，這項技術的關鍵步驟在於反應過程中的中間產物也可被直接偵測，因而免掉了分二階段進行。研究團隊也解析出多個中間產物的晶體3D結構，將有助瞭解此聚合酶方法的運作機制。除了DNA定序， 此研究對生物檢測及藥物開發等皆具應用潛力。

過去將研究成果技轉給產業發展的合作模式，常有研究發現無法解決實際問題的尷尬情形。臺灣蛋白質計畫為行政院政策額度支持的計畫，其使命之一，便是協助我國生技產、學、研界，針對實際問題，提出基礎研究的突破性解決之道。亦即，在業界尚處於構想階段時，即透過研究人員參與，引入先進的蛋白質知識與實驗技術，提出具體對策。蔡明道也說，本次合作成果也顯示臺灣業者的提升，不再只是代工，而是從研發中獨創。

臺灣蛋白質計畫的副總經理、生化所吳文晉研究副技師表示，目前本計畫已與國內產、學、研等單位取得共370件計畫成果，其中包含20多家生技業者實際面臨的問題。此計畫提供專業的蛋白質研究團隊，也利用國內蛋白質研究所需的精密儀器設施，包含冷凍電子顯微鏡（Cryo-EM）、國家同步輻射中心、核磁共振光譜及質譜儀等。

本論文由蔡明道院士、吳文晉研究副技師、生化所馬左仲客座助理教授及體學生物科技公司林吳宣煒博士、蔡廷岳博士、紀宏文博士、邱創汎技術長、李鍾熙董事長等人共同提出。論文標題為 “Thermococcus sp. 9°N DNA polymerase exhibits 3′-esterase activity that can be harnessed for DNA sequencing”，

論文全文請見：https://www.nature.com/articles/s42003-019-0458-7

臺灣蛋白質計畫（TPP）網站：http:/tpp.sinica.edu.tw

（生物化學研究所）

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[1] DNA定序未來將有更多應用，包含健康管理、癌症標靶用藥參考、個人化醫療等，甚至可用在環境檢測、打擊犯罪面向，隨著科技進步與普及，更將擴大其市場規模。

[2] 美國生技公司Illumina使用的「循環可逆終止法」，先以化學試劑修飾dNTP，在每個循環中，皆須暫停切割、因此有速度慢、讀取長度較短等侷限。

[3] DNA的基本單位是核甘酸，每個核甘酸的化學式中，都有一五碳糖，五碳糖有5個端點，第三個端點即為3’端。3’端在DNA複製、轉譯及定序的反應都有重要角色。本次研究使用將3’端酯化後形成的特殊核甘酸進行定序反應。

[4] Thermococcus sp. 9°N DNA聚合酶可催化3’酯化的核苷三磷酸引入DNA進行讀取、複製等反應。