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認識DNA(全新增修版):基因科學的過去、現在與未來

認識DNA(全新增修版):基因科學的過去、現在與未來

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內容簡介

  基因體是一本歷史,記錄著人類時光旅行的故事;它是一本工作手冊,以數位的方式記載人體每一個細胞的製造藍圖與操作的秘密。研究基因體可以回溯人類的演化進程,可以看到祖先與疾病搏鬥的記錄,也可以察覺基因體的主人是不是比較容易罹患癌症、心臟病、中風、憂鬱症……,甚至可以從DNA端粒的長度一窺壽命的天機。

  自從人類基因體計畫在2000年完成草稿以後,DNA的新時代已經來臨,疾病的本質完全改觀,DNA為疾病提供了新的解釋、新的診斷、新的療法,與新的預防策略;如今醫學文獻幾乎不能不用DNA觀點審視研究的設計與解釋。在此之前,人類的基因幾乎是一個未知的謎團,我們即將成為破解這個謎團的第一個世代。我們有必要重新深入認識DNA、基因、基因體這些基本詞彙所代表的意義,以及它們的構造與功能,才有能力回顧這些年來DNA科學的主要進展,並進一步了解什麼是「生物技術」,以及一探DNA科學終極目標之一的「基因療法」現況。

  有人說,現代人不會上網、不會收發電子郵件,就算是一種文盲。同樣的,學習自然科學的人如果不能了解近年來DNA科學的發展,也會落入看不懂醫學、生物學最重要文獻的窘境。這就是本書出版的原因和目的。我們著重介紹基因體的基本知識,並補充近年來DNA科學最新的發現和研究,期許能為讀者做一次DNA新樂園的導覽。

本書特色

  DNA時代已經來臨!但你,認識DNA嗎?
  親人有癌症病史時,你就該做基因檢查嗎?
  複製人真的可能嗎?SARS可怕在哪裡?
  H1N1跟一般的流行性感冒病毒有什麼不同?
  本書詳述基因科學的基本知識,補充最新的發現和研究,
  Update你的DNA科學常識與知識!

作者簡介

林正焜

  台大醫學系畢業,前台大醫院醫師
  現為開業醫師、OneGene Biotech Inc.研發顧問。

  著有:《認識DNA》、《細胞種子》以及《性不性,有關係?──有趣的性博物誌》,這三部作品曾榮獲中國時報開卷十大好書獎,以及第五屆吳大猷科學普及獎創作類金籤獎。

審定者簡介

洪火樹(H.H.Houng PhD)

  馬里蘭大學微生物研究所博士
  現任Walter Reed Army Medical Center(美國)
  分子診斷與病毒疾病部門主持人
  林正焜的師父

 

目錄

審訂者序
推薦序

全新增修版說明
前言  文明的里程碑

第1部 基因體的構造與功能

第1章 人類的基因體
一、基因體是記載在DNA上的細胞標準作業程序
二、基因可以剪接,可以開關和調節強弱
三、基因體種種有用沒用的片段
四、粒線體DNA暗藏母系祖先信息

第2章 繽紛的基因體多樣性
一、突變的效果
二、單核?酸突變是辨識基因型的重要窗口
三、基因體有許多重複出現的短串,可以當作DNA指紋
四、「醫生,請先檢驗我的基因!」

第3章 細胞如何凍結基因?
一、外基因遺傳讓一樣的DNA序列有不一樣的表現
二、基因印?讓不同來源的基因有不一樣的表達
三、家族性智能不足的原因可能是基因過度甲基化
四、甲基化過與不及都可能致癌

第4章 分子武器——攔截入侵者
一、雙股RNA竟然會關閉基因
二、RNA干擾機制在實驗室達成令人期待的初步成果
三、RNA干擾成功治療小鼠的肝炎
四、臨床使用的RNA干擾藥物

第2部 如果基因不按牌理出牌

第5章 細胞的叛變
一、癌是基因的疾病
二、雞為什麼長了肉瘤?
三、癌症是好幾種基因攜手打造的怪物
四、抑癌基因是細胞週期的煞車器

第6章 DNA與癌症
一、肝癌的主要病因是肝炎病毒
二、啟動EB病毒複製可以治療鼻咽癌及淋巴癌嗎?
三、從基因型預知大腸癌的可能性
四、建立乳癌基因型資料庫防治家族性乳癌
五、我們需要花錢做癌症風險DNA篩檢嗎?

第7章 從DNA看常見疾病
一、從DNA尋找動脈硬化的療法
二、預知失智紀事
三、氣喘是許多基因被環境因素挑起的反應

第8章 擅於改頭換面的流感病毒
一、流感病毒的來歷
二、正在威脅著人類的禽流感和豬流感
三、2009H1N1流感的真面貌
四、流感疫苗

第9章 人工基因的用途 一、基因可以用來治療疾病嗎?
二、基因可以用來當作疫苗嗎?
三、如何運送基因到細胞裡頭?
四、操作DNA可以製作多功能幹細胞

第10章 人類基因療法的經驗
一、第一個成功案例
二、腺病毒載體引發免疫風暴
三、非病毒載體的經驗
四、轉基因如何造成癌症?
五、基因療法的前景

第3部 實驗室之終極秘技

第11章 PCR、定序、與即時PCR
一、聚合?連鎖反應是DNA科學的核心技術
二、DNA自動定序
三、二代定序NGS(next generation sequencing)
四、高度敏感的定量工具——即時聚合?連鎖反應

第12章 DNA晶片
一、基因晶片的功用與製作方式
二、晶片的實際用途
三、全基因體關聯研究(GWAS)
四、尚待克服的實際問題

專有名詞對照
主要參考資料

 

〈推薦專文〉基因體科學的敲門磚 嚴宏洋

  曾經共同主導國際基因體計畫的Francis S. Colin (從去年九月起,擔任美國國家衛生研究院院長),在今年初發表了一本名為《The Language of Life: DNA and the Revolution in Personalized Medicine》的科普書籍。他用了十章的篇幅,談從人類基因體被解讀後,對個人、社會的衝擊;同時也討論在個人基因的隱私,與醫療上所面臨的諸多兩難的局面與對策。由於他這本書所要訴求的對象是普羅大眾,因而在行文時,很少使用科技名詞。要嚴格的說,這是一本屬於偏於「軟性」的科普書籍。因而對於真想進一步瞭解最近有關基因體研究,和其影響的讀者來說,唸起來會有種意猶未盡的感覺。很幸運的是,林正焜醫師剛剛完成了他先前寫的《認識DNA》一書的再版(第一版出刊於2005年),正好填補了這需求。相較於前述Colin的著作,林醫師的新著,應該可歸類於較為「硬性」的科普書籍。換句話說,真正想瞭解基因體的內涵的讀者們,可以這本中文科普書籍,做為入門基因體學的敲門磚。

  再版的《認識DNA》這一本書,共分為三大部份。第一部的主題是;基因體的構造與功能。

  這一部份共有四章。第一章先對人類的基因體做了簡單的定義;然後在第二章對基因的多樣性給予詮釋。第三章則是談外因基因、基因印?,以及基因過度甲基化的基因凍結機制。第四章主要談的是RNA的干擾機制。這是近幾年很熱門的研究題目,主要是因為可以用在新藥物的開發。

  第二部份的主題是;如果基因不按理出牌。從這一主題就可知道,這部份涵蓋的六章,主要在探討癌與基因的關係(第五章);DNA與癌症(第六章);從DNA看常見疾病(例如:動脈硬化失智氣喘)(第七章);流感病毒(第八章);人工基因的用途(第九章);人類基因療法的經驗(第十章)。

  第三部份的主題是:實驗室之終極祕技。主要是在介紹研究基因體的兩大工具。那就是聚合?連鎖反應、定序與即時聚合?連鎖反應(第十一章);與DNA晶片(第十二章)。整體的來說,這本修訂過的再版書,對過去五年來基因體研究的發展,做了個回顧,並且指出一些尚待克服的實際困難。譬如說:我自己主持的實驗室,過去幾年中一直在從事以香魚為模式動物的有關老化的研究。從今年起開始投入大量的經費,試圖以DNA晶片的技術來篩選有關老化的基因群的表現。一收到報告時,原先所期待的新發現的喜悅,卻被幾千個基因表現上的微小差異,而難以解讀其意義所淡化了。這些實際的問題,在本書的最後一章,作者也給了些交代。

  從科普的角度來看,《認識DNA》這一本書,不是一本可以當閒書來唸的書籍。由於字裡行間有許多的科學專有名詞,因而讀者想要好好唸完這本書時,應該有心理準備,要一章一章慢慢的讀,才能吸收作者所要傳達的訊息。我個人認為,這本書很適合高中及大學主修生物學的學子們,拿來做為課外補充書籍,必定可增長對最近基因體研究發展的瞭解。對沒有升學考試壓力的大眾而言,基因體的知識已經是不能不具備的基本知識。拿起這本書,好好的讀完它,一定不會令你失望的。

  (本文作者為中央研究院細胞與個體生物研究所研究員)

〈推薦專文〉當代人的DNA追尋?知識愈多 瞭解愈少 陳為堅

  對於一本科普書而言,能夠在五年內再版,放在今日「實體書籍」日漸萎縮的大環境來看,更是一項不容易的成就。讀者的熱烈回饋,基本上就是對於該書最好的肯定了。

  在第一版的序言裡,我曾經引用彼得?杜拉克之「心靈地圖」來說明基因體與當代人的自我認知。當時我就深深感受到本書生動而不失準確的寫作風格,與一般的翻譯型科普書籍有很大不同。本書的再版,也算是印證我當初的推薦序誠屬實言而非溢美之詞。但是就如作者在全新修訂版中的說明,本書出版五年來基因體科學的進展可說目不暇給。現在回過頭來看,似乎也在改變研究人員對於DNA科學的「心靈地圖」:一開始的樂觀、自信,反而隨著愈多的知識,讓人看清我們所瞭解的何其不足!

  在新改版中,作者增加了不少新而有趣的進展。像是在第12章,作者簡介了新近的晶片技術與全基因體關聯研究(genome-wide association study,簡稱GWAS)。尤其是GWAS這個故事特別值得一談。一開始研究人員只是單純地想利用「地毯式搜索」,來蒐尋引發疾病的易感受性基因變異。在有系統比對同一群人是否出現單一核?酸的變異(single nucleotide polymorphism,簡稱SNP)後,研究人員彙整了50萬到100萬左右的SNP。接下來為了克服雜訊的干擾,因此透過跨國團隊的合作,在很短的時間內就累積了超過千人的病例組人數與對照組人數,然後將檢體送進高通量的定型機器,進行數十萬個SNP標誌的定型。用俗話來,可說是一項「燒錢又燒人」的研究策略。但是自然界似乎跟研究人員開了一個很大的玩笑。雖然有少數新的標誌被找到,但是這些變異,全部加起來,能夠解釋疾病的變異量,常常不到10%!我有時跟學生開玩笑說,就算把GWAS有關第二型糖尿病的數十個基因變異都定型了,這些知識的總合對於是否發病的預測,還不如體重一項所能夠解釋的變異量大小。也就是與其花費大量金錢在基因定型,還不如去買一部體重計!當然,這不是說DNA科學不必研究。反而是說,在正確解讀DNA科學這本複雜的書時,是需要一些「修養」的,過度樂觀導致的簡化或刻意抵制而忽視,都不是好的策略。

  對於人類基因體計畫之完成,很多論者,包括本書作者,都把它比擬成16世紀麥哲倫(1480-1521)所率領完成的地球環航。不過隨著初步定序之完成,研究人員開始更有系統尋找基因變異時,最具代表性的故事莫過於全基因體關聯研究的興起及其令人失望的結果。從這個角度來看,過去幾年的DNA科學進展,也許比較接近哥倫布(1451-1506)的探險:用錯的地圖(不知歐洲與亞洲之間,還存在著一個美洲)、到達錯的地點(到了美洲卻堅持是到了亞洲的印度群島)、而其錯誤的命名(把俘來的當地土著稱為印第安人)卻仍頑固地被沿用至今。但是不可否認地,哥倫布的探險終就開發了一片新天地。

  整體來看,回到本書的初衷,也是我樂於再度為本書寫序的理由,就是我們需要與時俱新的DNA知識,好讓我們認清現有瞭解的限制,而能繼續永不停止的探索。

  2010年 8月 25日

  (本文作者為國立台灣大學終身特聘教授、公衛學院副院長、公衛系暨流行病學與預防醫學研究所教授、台大基因體醫學中心遺傳流行病學核心實驗室負責人)

〈推薦專文〉 讓病毒無所遁形的DNA技術 洪火樹

  近幾十年來,出現了許多對人類社會產生重大影響新興疾病,其中大部分是新興傳染病,病原在一個全新宿主體內大量複製後傳播給人類。例如從墨西哥開始爆發的2009H1N1新流感,據美國疾病死亡週報的報導,一開始(在4月26日之前)就造成至少81人死亡(Dawood, 2009;MMWR2009)。緊接在墨西哥和美國之後,2009年H1N1流感迅速攻陷歐洲、亞洲、非洲及南美洲,傳播的速度和範圍這麼驚人,主要原因應該是密切的空航(空中交通?),讓病毒隨著人類宿主搭乘飛機旅行到全球各地(Dawood, Jain et al 2009; Swedish, Conenello et al 2010)。當時世界衛生組織與美國疾管局都憂心這種流感會流行全球,2009年6月10日世界衛生組織終於正式宣佈2009H1N1新流感大流行。

  就像2003年SARS爆發僅僅短時間造成人類社會不安一般,2009H1N1流感大流行也在2010年7月正式宣佈已經結束,流行期僅只一年。人類文明史經歷了很多次死傷慘重、影響深遠的疫病,相較之下,我們是不是幸運地可以免於疫病的傷害或可以降低疫情到最輕微的程度,就像在2003年經歷的SARS或2009年經歷的H1N1流感一樣?在多久的未來我們又會遭遇另一個新興疫病?

  從林正焜醫師這本《認識DNA》二版,讀者可以認識當代DNA技術的原理與應用,事實上,2003年和2009年的疫病會被迅速控制撲滅,最主要的原因可能要歸功於近年DNA技術的進展。最新的DNA技術讓科學家可以迅速辨識病原,大量解碼病原的DNA∕RNA序列,這一來衛生單位就能夠針對病原採取對策,建立確實的診斷原則,研發有效的疫苗,監控疫情,防止致死疫病傳播。我相信,閱讀這本與時俱進、精彩的書之後,讀者對於DNA科學如何改變人類的文明會有通盤的認識。

  (本文作者洪火樹博士為美國Walter-Reed Army Medical Center分子診斷與病毒疾病部門主持人)

認識DNA:二十一世紀公民的基本素養

  近年來國內出版界出版了一部分與基因體醫學相關科普書籍之中文翻譯本,這些書籍雖能夠帶給讀者新知,但是因為取材的關係比較不能將深奧的基因體相關知識用比較淺顯的方式傳達給國內讀者。我很高興看到林正焜醫師根據他和洪火樹博士兩位於2005年所合著一書的基礎上,獨自再次更新內容之後所出版的《認識DNA》。五年來林醫師在科普寫作的能力上有極為驚人的成長和進步,不但年年有新的科普書籍的出版,更在今年獲頒科普創作獎。在得獎之後林醫師回頭更新補充五年前的這一本書顯示《認識DNA》對於林醫師作為科普作者的特殊意義,也反應人類基因體學知識日新月異快速成長的速度。

  林正焜醫師是開業多年的基層醫師,讓這本書不但具備基因體相關醫學研究上最新的發展和發現,也具備第一線病人對治療疾病和追求健康的方法和渴望。這一本綜合國際學術潮流和台灣疾病經驗的書,以其獨特的台灣觀點帶給讀者全新的閱讀經驗,提供讀者感同身受的基因體知識,達到將深奧難以捉摸的基因體相關知識拉近時空距離感的效果。讀者在這本書的字裡行間,也可以讀出作者在繁忙辛苦的看診之餘,搜尋文獻閱讀資料和驗證觀點之後,所刻畫出來的這一本適合不同年齡層的一般民眾和專業背景不一樣的人士閱讀的科普書籍。我要恭喜作者的成就和他對於提升國人了解基因體醫學知識的貢獻。閱讀這本書讓我自己對近代生物學的認識有許多的收穫和成長,我很樂意將我愉快的閱讀經驗藉由這一篇序和讀者分享,我深深相信,讀者一定會從這本書上得到知識和喜悅。

  這本書共分三部十二章,第一部用四章來介紹基因體的構造與功能,第二部用六章來介紹基因變異的相關議題,第三部用兩章來介紹基因體醫學實驗室常用的實驗方法與設備。林醫師在這一版的《認識DNA》大幅更新了近五年來生物醫學界對基因體醫學原理和應用方面最新也最正確的知識,同時也納進五年來基因體醫學研究應用新近發生疾病的發現和篩檢治療疾病的新方法和技術。仔細讀完本書之後,您將不難發現 《認識DNA》 一書確實有教科書的嚴謹和架構,這一點可以從作者所引用的參考文獻中窺出端倪。本書優點之一是各章的獨立性和完整性都非常充分,不論是對基因體功能某一些特定題材有興趣,或是著重國人主要癌症、傳染性疾病、精神疾病、慢性疾病、基因體病因的探討的讀者,都可以在個別的章節當中得到想要的資訊。因此,讀者除了可以依章節順序閱讀之外,也可以由第二部之第五至第十章的例子切入之後再回頭閱讀第一部分的原理說明。基因體醫學深奧之處除了在於觀察對象的微小難以掌控之外,另一個障礙就在於其使用的實驗方法與設備上的日新月異。這一本書的優點在於第三部的內容將一些常用和新進的實驗技術與方法,以深入淺出的以文字和圖形介紹給讀者。相信這本書第三部中實驗技術的介紹,將可以導引對生命科學有興趣的中學生和大學生進入這一個新興又令人興奮的科學天地。

  我希望讀完這本書之後能讓我們的社會有更多具備基因體知識的公民,並且將這些知識化為力量來提醒我們的政府必須有堅強的決心來推動深度和廣度上都可以跟國際同步競爭的生物醫學研究。閱讀過本書的工商界朋友,不要再遲疑現在正是積極投入生物與資訊、基因與網路相輔相成的新興產業研發的時機,不但公司本身要積極投入研發,同時更要投入足夠的資金資助學術界進行生技研發,藉著產學合作的方法來研發有助於人類福祉的各項生物知識、技術與產品。

  當世界各國紛紛在學校教育和民眾教育上加強有關基因體相關知識之教育內容的深度和廣度的時候,台灣從小學到大學的制式教育和一般民眾的社會教育上,也都必須儘快在生物醫學和生命科學教育內容上做品質與數量上的調整,才可以讓台灣人有足夠的知識基礎來迎接新生物學的挑戰,讓台灣在面對新生物醫學的競賽場上取得一席之地。《認識DNA》一書將會是生物醫學普及教育路程上一本不可或缺的好書。

  詹長權  臺灣大學公共衛生學院教授兼國際衛生中心主任

 

詳細資料

  • 叢書系列:科學新視野
  • 規格:平裝 / 304頁 / 15 x 21 cm / 普通級 / 單色印刷 / 初版
  • 出版地:台灣
 

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