◆◇研究成果◆◇ 從基因工程製作之螢光蟲兼談台灣農業發展走向 分子生物研究所副研究員趙裕展 甫於上個月榮獲本院「年輕研究人員著作獎」殊榮的分子生物研 究所副研究員趙裕展，於四月四日舉行的「基因工程製造螢光昆蟲 」之研究成果發表會中，公開其另一項重大的研究發現。此一研究 報告並同時在同日出版的「自然」（Nature）雜誌上刊出。 人類究竟怎樣才能減少農藥用量且有效的防止病蟲害，目前最有 效的方法是用微生物病毒（如桿狀病毒）來殺死昆蟲。趙先生的研 究發現，將水母的綠螢光蛋白基因植入桿狀病毒基因中，注入昆蟲 體內，使其全身發光，進而有效的觀察昆蟲感染病毒的情形，及精 確的評估桿狀病毒是否能有效的殺死害蟲。 趙先生的此項研究成果不但獲國際間的重視，並已與台灣省農林 廳合作，將研究出新一代的防止病蟲害特效劑，對自然環境的維護 及農業的發展，都將是新的契機。 由於目前全球性之蔬菜穀物普遍蟲害嚴重，需要大量噴灑農藥， 造成全面性的食物之農藥污染問題。減少農藥使用上最有效的途徑 之一就是用微生物疾病如桿狀病毒來殺死昆蟲。雖然病毒是個人見 人厭，避之惟恐不及的個體，但是昆蟲的桿狀病毒只對特定的蔬菜 昆蟲有極強的致死能力，而不感染其他的動植物。因此，可為有效 的生物防治工具，對人類有極大的助益。 桿狀病毒是一種超微個體，在蔬菜作物上看不到也無法追蹤。因 此，昆蟲病毒學家們一向只能用比較不精確的方法去評估其殺蟲效 力。這些評估方法包括1.檢算噴灑病毒以後的死蟲數及其致死所需 之時數：這個方法的最大問題是昆蟲一旦瀕臨死亡或已經死亡就容 易掉落地上腐爛或為鳥獸所食，看不到蹤影。並且，病毒學家很難 一一確認所殺死的昆蟲的確是致死於實驗室所釋放的病毒而不是死 於野外蔬菜作物上之其他微生物或生態因素。2.計算受害葉片面積 是否減少：此法更為間接，雖並非無效，但如果有直接標誌病毒的 方法則更為精確。於是我們將桿狀病毒標上綠螢光基因，發現此為 極佳的病毒病原生態追蹤法。 此綠螢光基因來自水母，水母自然產生之綠螢光蛋白在深海中受 激於陽光被海水過濾後僅存之藍光或長波紫外線，發出淡淡的綠色 螢光。我們從已商業化的來源得到此基因，並植入桿狀病毒基因體 。此遺傳工程病毒感染昆蟲幼蟲後，我們發現實驗極為成功，可在 長波紫外線激發下發出極強，持續性長，而且是全蟲的螢光。顯然 此種高強度螢光是來至於桿狀病毒之超強起動子，再加上病毒把基 因繁殖了數百倍以上之故。而且，更由於病毒可感染昆蟲絕大部份 的體細胞，使得整蟲發出耀眼的光芒。此種高強度與全身性發光， 是一般直接將綠螢光基因插入昆蟲細胞之基因體內所無法達成的。 綠螢光蛋白是一種很特殊的生物性螢光物質，它只靠紫外線激發 ，而不靠其他化學物質。有些螢光源，如螢光蟲之螢光蛋白甚至必 須一蟲一蟲的打針注入特殊化學物質才能發光，而且光期也短。所 以在綠螢光蛋白之前，我們曾嚐試其他的生物螢光都無法實用於病 毒的病原生態檢測。而此實驗第一次證實以綠螢光蛋白基因標誌病 毒，是惟一可以精確的在作物上評估病毒殺蟲效率的方法。加之桿 狀病毒是殺蟲效率最高的病毒，所以它具有商業化的潛力。 為了更進一步提升病毒之殺蟲效率，以便廣泛取代對人體有害的 農藥，世界各地已陸續研發出以基因工程製成的含有毒基因的病毒 。此類型病毒殺蟲甚速，但由於其含有毒基因，（如蠍子之神經毒 ）若我們無法控制其散布則會對生態環境造成無法預測之潛在危險 以至於不能銷售。是故，在正式上市前必須以各種精細的分子生物 學的方法來改造，使之不能在自然界擴散或長期存活。但理論上能 防止病毒在自然界擴散或長期存活的分子生物設計是否正確仍有疑 問，而經由此螢光蟲的檢視法可提供一個從來沒有過的精確而簡易 的研究工具來追蹤此類型病毒在地理及時間上的散布。此發明對農 業走入高科技，對環境的保護，以及我們最關心的人體健康，提供 了一個前所未有的利器與契機。 由於台灣農地有限，而且薪資高昂，在加入GATT之關口上，農業 的運作備感壓力。以台灣的情況，傳統農業生產在工資人力及面積 上不易和大陸競爭；在大面積機械化操作上無法和美澳等國相比。 從直接的經濟眼光來看，農業所佔份量誠然有限。但台灣農業一廢 ，將在經濟政治上受他國牽制。為今之計，我們似乎應該把台灣變 成一個品種改良的基地，不斷的有技術創新，掌握重要的專利，可 輸出新品種或重要農業附加產品。只要我們控制上游，我們就相對 的比較不受外國大量將產品傾銷的威脅。 農業改良的方法很多，傳統的方式到今天還是主力。而且，農業 基因工程能解決的範圍有一定的限度，並且常沒有適當的基因可以 運用。然而，一旦有適用的基因，遺傳工程相當速效，而且能突破 種間乃至相異生物界不能交配的鐵律，因此我們實在無法忽視其重 要性。而我們發展的以基因工程產生螢光來標誌病毒的方法提供了 一個最有效的病毒在田間的追蹤工具。希望能極度改善微生物治蟲 ，減少農藥使用的目的。台灣農業目前應走的路線已經不完全是著 眼於增產，若能以高科技來促進環境生態的保育，增進國民健康， 才是台灣農業在未來具前瞻性的重要方向之一。而此些螢光標誌的 昆蟲，將代表台灣以基因工程來促進環保及健康上跨出了極有意義 的一步。