min'cellanea

之前看到桃莉羊滿十年的新聞時，腦中不禁浮現了螢光猴的樣子，後來查了資料才發現，除了螢光猴，還有螢光鼠、螢光兔…等等，看來我大學上課都沒在專心，聽課只聽一半。不過，我還記得學校生化系上，某一年有賣螢光猴的 T-shirt，只是我沒買。

說到這，想必大家腦中會有疑問，什麼是螢光猴，牠真的會發光嘛？牠是真的生物嘛？如果是生物，牠又是怎麼發光的？不是新品種，或是突變種猴子吧？

要了解螢光猴，或是這些螢光生物，當然要先知道螢光是怎麼來的。

話說在1962年，日本科學家 Osamu Shimomura 在美國普林斯敦大學(Princeton University) 做研究的時候，首先注意到水母(jellyfish)體內的生物螢光(bioluminescence)。



* 圖片取自BBC 網頁：Nature's Magic

此種水母的學名為 Aequorea victoria，身體會發出綠色螢光，會發光是因為牠體內的蛋白質 aequorin 和鈣離子反應後會製造藍光，然後另一種蛋白質吸收了藍光後會釋放出綠光，於是這個蛋白質被命名為 GFP(Green Fluorescent Protein)。

這個GFP 的發現之所以重要，是因為可以把它和你想研究的蛋白質接在一起變成所謂的 fusion protein，然後放入細胞組織裡讓它表現，這樣在藍光的照射下，你只要觀察綠光出現在哪裡，就可以知道你有興趣的蛋白質在細胞裡的活動範圍是哪裡-- 細胞核、細胞質，或是細胞膜…等等。當然，在一個正常的蛋白質前或後面接上 GFP 後，可能會影響其蛋白質的功能或活動，畢竟在我們及其他哺乳內的身體裡是沒有GFP這個蛋白質的，而且GFP本身的體積也不小。但是，在研究一個全新的、還沒有人研究過的蛋白質的時候，GFP 是很有用的一個工具。還記得我之前提到過的 ICC(Immunocytochemistry) 嘛？那時候我是說用抗體(antibody)來觀察蛋白質的位置，但是一個才剛開始被研究的蛋白質，哪裡會有抗體？在沒有抗體的情況下，就是 GFP 派上用場的時候了。另外，抗體也只能用於觀察組織細胞，無法觀察活體裡的蛋白質活動情況，這時候GFP 就是一個很好用的工具。

那 GFP 又跟螢光動物有什麼關係呢？當然有，螢光動物之所以會發光，是因為利用基因工程把 GFP 的基因嵌入動物的基因體(genome)裡，於是動物在藍光的照射下就會發出綠光。



看，老鼠的耳朵和鼻頭會發光耶～！

* 照片取自：Dr. Tsien Lab website

先後被實驗過的生物有：
果蠅(Drosophila) -- Dr. Tulle Hazelrigg @ Columbia University
老鼠(Mus) -- Dr. Roger Y. Tsien @ UCSD (更新：Dr. Tsien 於 2007 年得到諾貝爾化學獎)
猴子(Rhesus monkey) -- Dr. Anthony Chan & Dr. Gerald Schatten @ Oregon Health Sciences University (OHSU)

其他：
兔子(GFP Bunny) -- Eduardo Kac (這位並不是個科學家，而是個藝術家，聯合法國某實驗室製造出螢光兔是因為他認為這是一項藝術，wiki 也有他的介紹。)

Chan 先利用病毒把 GFP gene 送入卵子，然後再加入精子進行體外受精，受精成功的胚胎再植入代理孕母(surrogate mothers)，最後只成功懷出五隻猴子，於2000年十月出生。但是，五隻中只有三隻是活的，兩隻雙胞胎是死的，三隻活的當中又只有一隻的基因中成功帶有GFP，名字叫 ANDi (inserted DNA; 反過來拼)，ANDi 本身並沒有像之前實驗的老鼠一樣可以發光，原因不明。不過，一起出生的另外兩隻雙胞胎死胎也帶有GFP，而且牠們的指甲和毛髮在藍光的照射下會隱隱發光(下右圖)。



* 照片取自OSHU 網站 -- OSHU News and Information

也許有人會問，既然已經成功實驗在老鼠身上，為什麼還要試驗在猴子身上？因為畢竟老鼠和人類的基因還是有些差異，而猴子和人類的基因相似度高達95%以上，所以希望能夠以此技術用來測試基因治療或其他生科技術的成效，進而用來研究治療阿茲罕莫症、糖尿病和其他等等的疾病上。


【補充】

利用病毒送基因進入人體治療疾病的方法就是所謂的基因治療(gene therapy)中的其中一種，目前利用基因治療的疾病有ADA-SCID。SCID 全名為 Severe Combined Immunodeficiency，中文叫做「重症複合免疫不全症」，ADA(adenosine deaminase)是一種蛋白質，所謂 ADA-SCID 是指因欠缺 ADA 而引起的 SCID。目前有一本書是介紹日本醫生怎麼把這項基因治療技術引進日本治療 ADA-SCID 病患，中文書名就叫「基因治療」，作者是中部博，有興趣的可以去找來看，裡面沒有太多專有名詞，可以當小說看，不難懂，金石堂的介紹在此。


[11.14.08 更新]

其實還滿訝異這篇會穩坐我網誌的前三名熱門文章，沒想到對螢光動物有興趣的人比我想像得還要多，不知道都是什麼樣的人在看這篇文章，同樣是唸生化領域的人？還是只是單純好奇的過路人呢？

以上那段是題外話，今天會想更新是因為這兩天在實驗室哈拉的時候聊到的。我本來只是聊說我上次回台灣到專賣魚的店逛的時候，看到店家在放了一堆孔雀魚的魚缸上面寫了「超會生」、「保證生」覺得很有趣，於是說給他們聽，結果就聊到了會發光的魚和七彩水母，後來用 Google 查了一下發現了有趣的東西。


(Photographs by Michiels et al./BMC Ecology 2008)

在《國家地理雜誌 National Geographic》看到的文章：Glowing Red Fish Discovered。這是沒經過基因改造，天然會發紅光的魚，超紅的吧！真是不可思議。這是生長在珊瑚礁間的魚 reef fish，學名是 Enneapterygius pusillus，文章說紅色是為了用來和其他顏色(大多數的魚都是藍或綠色)的魚溝通，真是特別，雖然我不知道到底用顏色是怎麼溝通。@@...

然後除了天然發紅光的魚，市面上也有販賣被基因改造過會發光的魚，叫 GloFish，目前有紅色、綠色和橘色，其實應該就是分別被植入 RFP, GFP 和 YFP 的斑馬魚(zebrafish，學名 Danio rerio)。螢光斑馬魚本來是新加坡大學做出來的，主要是想用來偵測水中的汙染物，後來台大也成功的把 GFP 植入 Medaka (ricefish，學名 Oryzias latipes，中文不知道叫什麼)做出會發螢光魚。



參考資料

The discovery of aequorin and green fluorescent protein
Biotech's Glowing Breakthrough
Introducing ANDi: The first genetically modified monkey
TRANSGENIC ANIMALS: Infant Monkey Carries Jellyfish Gene
OHSU RESEARCHERS PRODUCE FIRST GENETICALLY MODIFIED MONKEY
[CNN] Genetically modified monkey could be key to curing some diseases


References

Anthony W.S. Chan et al. Foreign DNA transmission by ICSI: injection of spermatozoa bound with exogenous DNA results in embryonic GFP expression and live Rhesus monkey births. Mol. Hum. Reproduction (2000) 6, p26-33.

AWS Chan et al. Transgenic Monkeys Produced by Retroviral Gene Transfer into Mature Oocytes. Science (2001) 291, p309-312.