2001/8/16

纖毛蟲分子生物學年會之三:基因組計劃


隨著進入後基因體時代,對纖毛蟲進行研究的科學家們也不願落居人後。其實據說早在四年前就有人提議是否應該開始纖毛蟲的基因組計劃,不過大多數與會者認為為時尚早;兩年前的上一次年會中再次有人倡議要對四膜蟲(Tetrahymena thermophila)的全基因組進行定序,當時的討論就轟轟烈烈,不過還是沒達成結論,只有幾位熱心又有餘錢的研究者開始了EST的初步建構與定序。到了今年,大家都認為基因組計劃勢在必行,而且必須早日著手。只是問題來了--錢從哪裡來?由誰來負責?預期成果為何?還有,要定序的對象是誰?

要定序的對象是誰?不就是四膜蟲嗎?以一般作為實驗用的基準型品系(reference strain)來定序不就可以了?原則上是如此沒錯,但是別忘了,纖毛蟲有兩種核:大核與小核。大核發育的過程中染色體DNA會剪接、重組、斷裂,有許多小核擁有的核酸序列就在這樣的過程中被移除了,所以大核與小核的基因組其實是不相同的。現在要對基因組定序,到底要定哪一種核的序列?不同的研究者就有不同的考量了。

研究纖毛蟲大核染色體DNA的研究者說話了:我們應該要對小核定序,才能知道到底有哪些特定的小核序列標記與指引著大核DNA剪接與斷裂的訊息。研究被移除序列攜帶的基因的分子生物學家也附和:沒錯,該對小核定序,因為被移除的序列中的基因有許多有趣的現象,也藏有不少資訊,可以提供為何纖毛蟲演化出這種獨特細胞核雙重性的線索。興趣在演化的研究者更進一步倡議:別忘了,纖毛蟲歧異度如此高,可別把目光集中在四膜蟲與草履蟲身上,像Euplotes等也應該列入考慮,以供比較與分析演化譜系之用。

但是其他人有不同的意見。

大多數以纖毛蟲為模式生物研究其他生命現象的研究者,都認為當前首要工作應該專注於大核基因組的定序。大核載錄的基因足供細胞維生所需,而且由建構EST 的初步結果來看,有不少人類的基因在四膜蟲中也有相對應基因,況且有不少這樣的基因並不存在於其他主流的模式生物上,所以可以藉由探討四膜蟲的基因功能來推究人類的基因功能。對於這個考量,趕緊知道大核中到底有哪些基因,有哪些是可以進一步研究的,遠比去了解小核大核的分化決定序列或纖毛蟲的演化關係迫切。這一派的倡議者並且表示,由於小核的基因組帶有被移除的序列,所以整個小核基因組比大核多了10-15%,在當前資源有限的情況下,應該做最經濟有效率的決定,等到大核定序完成,第二階段再對小核定序。

來自The Institute of Genome Research (TIGR)的一位技術諮詢人員看多方各有各自的意見,他以第三者的身分提出觀點。Graig Venter當年籌組TIGR就是要推動基因組計劃,而當賽雷拉(Celera)公司展現了全基因組散彈槍法(whole-genome shotgun method)的成功之後,TIGR就成為提供其他生物的基因體定序服務的單位。他說:TIGR跟許許多多的團隊合作過,已經看太多失敗的例子。這些案例大多數都是一開始沒有決定好方向,以至於半途而廢或是半路改弦易輒,徒然耗費時間金錢與人力。以他的觀點來看,現今TIGR的自動化定序技術已經成熟,工作效能其實不是限制因子,如果一切計劃妥當,真正去進行生化反應與定序的時間極為短暫,重點是資金的籌措。他認為只要研究纖毛蟲的科學社群能提出一套理由說服NIH或是NSF等聯邦單位資助,定序根本不是難事。只是研究纖毛蟲的人似乎歧異甚大,沒有結論。

另一位進行基因組資料庫維護的顧問則提醒大家:基因組定序是大工程,也是項昂貴的工作。定序完成只是初步工作而已,必須有專職人員負責對基因組資料進行註解(annotation),跟其他的資料庫進行比對與鍵結,撰寫網頁搜尋介面,否則只是一連串無意義的遺傳密碼。他以果蠅的基因體資料庫為例,當初註解的全職與兼職人員就包括了生物學背景與資訊科學背景的博碩士數十人,支付人力資源的預算甚高。隨著在實驗檯上實際驗證後新的結果發表,原本的理論預測還必須要更新,改正謬誤,以及定期做”再註解”(re-annotation)。所以基因組定序不是大家覺得該去做就足夠了,而是要真正投入金錢與資金,當作一回事來做;不能只是在自己既有實驗計劃之外的副業,以為出錢交給人家定序就搞定了。

冗長的討論進行了三個小時,還是處於「一個計劃,各自表述」的分歧狀態,與會者大多耐不住性子聽下去,於是就散會了,一點建設性的結論也沒有。我不禁對這些擁有Ph.D學位的科學家新秀或大老們有一點失望。不過,我的失望來得太快,因為大家也知道再拖兩年,纖毛蟲就會離主流研究體系更遠了。所以當各方人馬在大會上都暢所欲言之後,他們又另外召開了小組會議,這一回就有結論了。會後小組召集人宣佈:不同領域的研究員皆同意當前先對四膜蟲的大核定序,交由 TIGR以散彈槍法進行。資料庫的建構參酌酵母菌與果蠅基因組的模式,並且要大家提供意見與理由來遊說聯邦政府資助。計劃初稿將由幾位研究者聯合執筆,趕在今年秋天提出,預計明年初可以知道聯邦政府的核定結果。如果一切順利,2003年下次年會之前,纖毛蟲的基因組計劃第一階段應該就能完成了。

大會的討論是尊重民主的誠意,讓大家知道有多少不同的意見與議題要注意。原來在當今基因組定序的瓶頸與難關已經不再是技術層面本身,反而是計劃的方向,預期的目標,與後續的維護。科學與技術不再是問題,人變成了中心議題。在台灣侈言要戮力發展生物科技與基因體研究的當下,應該也要看清這一點。大會討論的混亂與鬆散,到了小組會議卻很快產生共識與展現效能,顯示決策者的彼此包容與顧全大局,以及遵從專業的信賴。當大家都明瞭輕重緩急時,共同利益與目標就突顯出來,也不會有要求齊頭的堅持了。這一點似乎更是光講究民主卻日趨庸俗的台灣所應該深思的。

纖毛蟲的基因組計劃就要開展。成果為何,真能達成預期目標?就拭目以待吧

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