◆◇特　稿◇◆ 生物科技的最新領域－基因晶片 生醫所副研究員　白果能 生物醫學的使命，在了解疾病的發生原因，並進一步找出治療或 預防疾病的方法。在醫學開始發展的時候，對於疾病發生原因，僅 能從病人得病的症狀（例如：頭痛、腹瀉）來加以猜測，但是隨著 生物醫學的演進，人類對疾病的了解，已經進到分子的層面，也就 是說，過去所認識的疾病症狀，事實上都有其分子的機轉，因此隨 著生物分子機轉的認識，人類也就愈來愈了解生命現象的本質。生 命的分子機轉，是建立在生物學上最基本的「DNA→RNA→蛋白質→ 生物功能」的定律上。生物體要表現一定的功能，一定要具有此一 功能的DNA被啟動；每個人體內的每個細胞的DNA幾乎完全一樣，但 為何有些人會得病，有些人就不會，一個很大的差別就是在“DNA 有沒有被啟動？"，所以測量DNA啟動後的產物RNA，現在已經成為 生物晶片偵測的主流，因為科學家可將從生物檢體蒐集來的RNA做 回DNA（稱之為cDNA），再藉由測定cDNA表現量的差異，就可以進 一步探討得病和不得病的差別到底在哪裡。 生物晶片可以廣義地定義成將任何生物的東西（例如：得病/不 得病的cDNA）放在晶片上做為檢測應用。此一技術「微小」是必要 的條件，最終的構想，就是將整個生物實驗室的程序縮小在晶片上， 如此可即時快速地從事各種檢測工作。 生物晶片是跨領域的研究，利用各領域的技術整合，可以製造出 很有功用的生物晶片，生物晶片可分為DNA晶片（基因晶片，可用來 測量cDNA）、蛋白質晶片、微流晶片等。目前發展最迅速且最成熟 的晶片技術為DNA晶片。以往要花數年才能完成的基因調控表現量的 分析，利用此項新科技在一星期內便可檢測成千上萬個基因在各種 不同疾病狀態或是藥物影響下的活性變化。由於DNA晶片及各類生物 晶片的開發，在不久的未來將可以準確地判讀出日後可能發生的疾 病，以適時提出警告並加以預防；或是應用於診斷現有疾病，並從 不同基因型態中，找出適用不同體質的特效藥，克服現在無法解決 的問題。許多國家不論是學術界或商業界皆已投入大量人力、財力 從事相關研究。 基因晶片科技並非是單一技術，而是一套從基因蒐集、晶片製造、 訊號偵測、資料分析及應用研究的完整系統。此項系統以人類基因 研究為例，數萬個人類基因可佈放在如一張郵票大小的玻片或尼龍 膜片上。利用螢光偵測或顯色分析方法，數萬個基因的檢測分析可 同時進行，且在數小時內即可完成。 由於體認基因世紀的即將到臨，基因生物科技將改變世人生活型 態，造成不亞於十九世紀工業革命對人類的衝擊。四年前經由中央 研究院、國科會及國家衛生研究院的資助，生醫所開始進行基因晶 片的研發工作。藉由生物、電子、物理、化學、電腦、醫學等跨學 門科技的整合，研發出獨特的高密度基因微陣（基因晶片）製造及 顯色分析法，完成基因微陣科技的新突破。生醫所利用自行研發的 電腦軟體分析GenBank序列資料庫及人類基因株庫，可從基因株庫 中未經整理之兩百萬筆人類基因株篩整出不同的人類基因約七萬株。 然後以自行研發的自動化高密度基因佈放裝置及電腦科技，數萬個 人類基因可佈放在如一張郵票大小的尼龍膜片上。利用獨創的顯色 分析方法，數萬個基因的檢測分析可同時進行，且在數小時內即可 完成。此項基因微陣顯色分析方法由於其原創性及獨特優點，已獲 得美國專利。 基因微陣顯色分析方法有多項應用。以癌症研究為例，可監測並 定量正常細胞與癌細胞內個別基因表現程度的異同來找出細胞癌化 之相關基因。正常細胞的基因（cDNA）接上biotin分子（藍色）， 而癌細胞的基因接上digoxigenin分子（紅色）。尼龍薄膜上的基 因將依正常或癌細胞內基因表現不同而呈現不同程度的藍色、紅色 或紫色。顏色及基因表現程度的分析可以一部個人電腦之彩色平台 掃描器將尼龍薄膜上呈現的結果數位化，來從事各種數值分析，以 搜尋出與細胞癌化相關之基因，或癌症早期診斷之標記基因。 此項自行研發的基因晶片製造方法與其他國外機構研發的製造方 法相較，不僅程序較簡便而且成本較低廉。基因微陣顯色分析法為 原創之基因定量檢測技術，與其他晶片檢測方法如螢光檢測或放射 線檢測相較，不需要昂貴的檢測儀器，可為眾多的學術研究單位採 用，可改進基因晶片及其檢測儀器目前因價格高昂，僅能由少數大 藥廠及研究機構用來從事基因研究的缺點。上述基因微陣製造及顯 色分析系統，有助於基因晶片技術的推廣，可加速對人類基因功能 的解讀工作，對疾病的診斷與治療將有貢獻。