逆境誘導表現系統及其用途

2017 -09 -22

多元不飽和脂肪酸，如 DHA和EPA早已被證實對人體有益，也因此魚油膠囊成為近年來熱門的保健食品之一。但是因為環境汙染的問題，使得提煉自魚類的魚油，也讓民眾擔心在攝取DHA和EPA的同時，也把重金屬汙染物也一併吞下肚。海洋大學林翰佳老師的團隊利用基因工程技術，讓原本就在海洋生態上扮演重要角色的矽藻，現在也可以變成生物科技的要角，例如讓矽藻製造出更多的純淨的多元不飽和脂肪酸，甚至是一些外源性的重組蛋白。未來有希望透過矽藻具備高度蛋白質後轉譯修飾能力、養殖成本低廉等優勢，廣泛應用在合成單株抗體、疫苗等醫療用重組蛋白及保健食品中，讓矽藻這個大海之寶能有更廣泛的生物科技應用範圍。

曾任國立台灣海洋大學生命科學暨生物科技學系系主任的林翰佳副教授表示，比起其他的生物，在矽藻上進行基因工程研究可以說是挑戰多多。首先，因為矽藻的細胞壁是由二氧化矽所組成，也就是玻璃的成分。因此如何突破這層堅硬無比的玻璃矽殼，將新的基因碼注入細胞，曾經讓團隊吃盡苦頭，甚至使得研發工作一度陷入膠著。最後還是特地安排團隊成員遠赴德國研習，終於在這個部分有所突破。其次是要讓外來基因成功與矽藻的基因組融合，甚至能順利調控相關基因的表現，這就需要這項由海大團隊所研發的矽藻基因轉殖載體以及其中的特殊調控啟動子的技術了。

海洋大學團隊以三角褐指藻 (Phaeodactylum tricornutum) 這種受到美國食品藥物管理局 FDA 認為是GRAS (generally recognized as safe) 安全等級的矽藻為模式，使用了上述專利的矽藻基因轉殖載體上的鹼性磷解酶啟動子 (alkaline phosphatase promoter, 簡稱pPtAPase) ，可以實現以缺磷逆境來大量誘導基因表現的技術，進而可以大量表現重組蛋白等具有工業價值的成分。相較於現在常用的其它矽藻表現載體例如 pPha與pNR，這項技術的pPtAP載體所表現出的重組蛋白能夠高出13倍或17倍，甚至可以高達細胞總蛋白量的50%以上。

「掌握了這項技術之後，我們除了可以讓矽藻表現重組蛋白，也可以用來調節矽藻的代謝途徑，提高矽藻原本就具有的一些高經濟成分的產量，例如多元不飽和脂肪篹，以及各種天然的色素，特別是類胡蘿蔔素等等。這項發明將可以應用於生產各種與人類健康相關的產品。」林翰佳副教授指出，矽藻產業也是綠色的產業，因為天然的矽藻本來就負擔了地球上 20% 二氧化碳固定的角色，未來如果利用基因工程技術而成功使得矽藻的生物技術應用更為廣泛，不但能降低許多生技醫療產品的價格，更可以達到減碳環保的目的，可以說是最「綠色」的一種生物科技。

回顧這項技術研發的過程，林翰佳副教授認為，台灣地小人稠缺乏天然資源，但圍繞著我們的大海其實藏有許多寶物等待我們去發掘。若是台灣善用海洋的資源，以及集合眾人的努力，其實是還是可以創造出令世界驚豔的成果。就像是這項發明的研發過程，也是由許多跨領域所組成的團隊成員相互合作，才得以突破難關，終於獲致這項獲得國際矚目的成果。未來，林翰佳老師團隊仍將繼續努力整合國內相關廠商，讓矽藻產業成為另一項台灣的特色產業。

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