生物科学学门

1、生物科學學門發展規劃及成果報告96年1月召集人：孫以翰一、 前言這份報告試圖規劃如何提升生物科學學門的研究表現，對現況作一分析，並試圖提出具體可行的方案，提供國科會參考。二、 學門簡介生物學門原為三個學門（動物、植物、生化）合併，涵蓋了基礎的生物學研究，包含分子生物、細胞生物、生化、結構生物、生理、神經、生態、演化，範圍廣闊。研究的實驗材料也包羅萬象，從純in vitro的生化研究、組織培養的細胞、到以各種生物（、從病毒、細菌、真菌、到低等與高等的植物與動物）為對象的研究都有。雖然主要為基礎研究，但也有不少有醫學或農學上的應用價值。研究範疇的廣泛是一特性。今年起生物多樣性的研究轉入了生物多樣性

2、學門，讓本學門的多樣性稍微單純了一些。這學門的研究也可以說是所有生物科學領域（包括醫、農等應用領域）的基礎，一個特色是大部分的研究雖然不直接試圖解決應用問題，但基礎研究對於各種生物現象提供了重要的瞭解，有了瞭解才能操控、改變，才能有應用。所以世界先進國家在基礎研究上都願意投注很多資源，也就是著眼於基礎研究的長遠價值。去（95）年本學門的研究計畫共有296件（其中一般計畫254件，新人42件），今（96）年則有250件（其中一般計畫207件，新人43件），減少的原因主要應是生物多樣性的研究轉入了新成立的生物多樣性學門。三、 學門領域之研究現況與發展趨勢1. 全球之發展現況及未來發展趨勢生物科學的

3、發展，因為範疇廣闊，很難詳細分析。一方面在分子與細胞層次，由於分析技術的進步，可以分析到更細部的構造，也強調即時的動態分析。另一方面，基因體與蛋白體的分析則是強調全面性的分析大量的數據。往更小和更大的方向發展，都依賴新的分析技術的發展，而大量數據的處理使得資訊科學扮演了重要角色。在極大與極小的中間，則潮流是以模式生物為材料分析基因在生物體的功能。這樣的分析注意細胞與細胞之間的交互作用，因此凸顯了基因在生物體內功能的複雜性，這對於醫藥上的應用有很大的影響。2. 我國之發展現況、重點研究方向及未來發展趨勢我國的發展基本上是追隨世界潮流，每有重要議題出現，自然就有人追隨研究，所以主要議題倒也都有人在

4、做，要能開創研究方向就不容易了。3. 學術面、臨床面及應用面之價值生物科學的研究為所有生醫農應用科學的基礎，只有瞭解基礎生物運作機制，才有可能化為應用。許多基礎研究雖然短期之內沒有直接應用的可能，但是長遠而言還是重要的。4. 國內現有研究人力、設備及資源分配之狀況與需求這些年來學生出國留學意願降低，一方面是難與大陸學生競爭，一方面是國內研究環境的改善，所以國內研究生人數大幅上升。因為廣設大學，師資需求增加，也使得研究人口大幅增加，研究計畫數目也增加。五年五百億補助研究型大學也使得這幾所研究型大學有經費聘請一些新老師，也使得研究人口增加。但是除了研究型大學外，一般學校的研究資源越來越少，私立學校

5、更是多數幾乎沒有由學校提供的研究資源。研究經費的競爭變得激烈，原本成績優秀的資深老師容易繼續獲得充足的研究經費，但新人就很難競爭。國科會在計畫審查時特別將新進研究人員分出來單獨評比，就是為了避免新人無法出頭。但是許多新人在研究能力上仍稍嫌不足，需要一些輔導，才能讓其在短短幾年內站穩腳步。而一些研究資源貧乏的學校，新人大概也很難獲得國科會計畫，這些研究人力多少是個浪費，應該扶持，或是讓其放棄研究，專心教學，是個值得討論的議題。四、 我國發展生物科學學門領域研究之SWOT分析1. 優勢（Strength）我國在生物科學研究領域的研究，近年來已經有不少實驗室在國際上享有一定的聲名，也能發表在一流的期

6、刊上（Science, Nature, Neuron, Molecular Cell, Developmental Cell, Genes & Development, EMBO Journal）。這代表國內研究環境已經能夠支持卓越的研究。當然目前只有少數的點的突破，還需要更加努力，曾能讓更多的實驗室達到這樣的卓越境界。其實相當多的實驗室都已經能夠穩定的做出紮實的研究，每年可以有穩定的論文發表在各領域的重要期刊（例如J. Biol. Chem., J. Virol., Development），這就是很好的基礎。特殊的發現是可遇而不可求的，在現有的紮實基礎上，如果遇到特殊的發現，相信很

7、多實驗室都能夠掌握，而做出一流的研究來。所以我們可以預期，在這個領域會陸續有重要的成果出現。2. 劣勢（Weakness）生物科學領域的一個隱憂，是國內近年來大學設立太快太多，很多大學又都成立生命科學相關科系，需要許多師資。這使得許多年輕的人才，剛拿到博士學位，就可以獲得教職。這些新設大學的教學份量重，但又要求老師做學術研究，使得這些新進老師既沒有研究資源，又沒有經過充分的博士後訓練，卻必須試圖做點研究。由很多的研究計畫看來，這部分的研究計畫是比較差的，許多跳不出原本博士後研究的框框。即使有不錯的研究構想，學校也無法提供適當的研究資源。一種生存策略是維持與原本的指導教授合作，利用其研究設備進行

8、實驗。這樣的好處可以促使形成比較大型的研究團隊，但壞處是減少了開創新方向的機會。第二個問題是大部分實驗室都很努力工作，但有時跳不出原本研究的框框，長期運用同樣方法研究同樣問題，邊際效益越來越低。或是沒有能掌握到所研究的問題的重要性或生物意義，或是沒有問到該領域中重要的問題，結果是花了同樣的工，但研究重要性不高，無法發表在一流期刊。也許我們通常習慣於努力工作，但較少花時間把要研究的問題想清楚，沒抓到重要問題的關鍵點。要改善這點，需要鼓吹多想，多討論。在研究計畫的審查上，我希望審查人能就此多加注意，對研究方向提出一些具體的建設性意見。3. 機會（Opportunity）前述的狀況使得許多年輕的研究

9、人才留在國內，大幅增加了國內的研究人力。這批人才如果能夠妥善的輔導，可以是很重要的研究人力。4. 威脅（Threat）研究經費的增幅，跟不上研究人口的增幅，造成研究經費不足。好的研究計畫獲得較充足的補助，也使得計畫的通過率降低。對於新進研究人員，如果在一開始的幾年內無法獲得研究補助，可能就此斷送研究生命。所以這批人才的繼續輔導，至為重要。五、 學門未來發展之規劃重點、推動策略及預期效益在研究方向上，因為本學門範疇甚廣，很難挑出重點發展方向。可以做的是1. 鼓勵群體計畫，促進研究團隊的形成。重點是讓研究團隊自然形成，要求群體計畫能夠達到synergistic 效果，並嚴格評審。這部分這幾年已經在

10、推動，會持續進行。2. 針對新進研究人員，在北中南分區舉辦小型研討會，並進行一對一的詳細討論，幫助其找到最佳研究方向與研究策略，也指導其寫作研究計畫與論文。期望能使得這批研究人力能夠發揮其潛力，成為國內生物科學發展的助力。3. 針對研究計畫，已發信請研究計畫的初審及複審委員，在審查時能盡量提出建設性的意見，以幫助提升研究計畫的水準。這三點都是短期之內（本年度）就可以實行的，我們會視效果以及迴響來決定將來是否持續進行。六、 94年度學門推動成果本學門的研究成果有逐年提升，最重要的指標為發表在頂尖國際期刊的論文篇數有明顯增加，茲挑選其中最重要的五篇略述餘下：1. 精子卵子經由減數分裂而產生，這過程

11、中來自父親母親的同源染色體需要配對，進行基因重組，然後精確的分離到子細胞中。同源染色體的精確配對，在這過程中是重要的一步，若不能正常運作，染色體的重組與分離會出問題，會導致唐氏症或自發性流產甚至不孕症。中研院生化所王廷方發現了同源染色體配對的機制中重要的一環。他證明Zip3是類泛素（SUMO）的E3接合酵素，負責在減數分裂前期中段時，將染色體上的結構蛋白質（如Red1）進行類泛素修飾，並透過結構蛋白質Zip1，將配對的同源染色體緊密拉在一起，使DNA基因互換順利進行。這篇論文顯示了類泛素修飾在減數分裂中扮演了關鍵角色。(Cheng et al., 2006, SUMO modification

12、s control assembly of synaptonemal complex and polycomplex in meiosis of Saccharomyces cerevisiae. Genes Dev. 20, 2067-81.)2. 類泛素（SUMO）是一個小蛋白質，透過共價鍵結可以修飾其它的蛋白質。近來的研究顯示，類泛素修飾在轉錄因子與輔因子活性的調控上扮演重要的角色，但其機制未知。中研院生醫所施修明深入研究一個新發現的轉錄輔因子Daxx，發現Daxx具有抑制基因表現的能力，可抑制GR這個重要的賀爾蒙受體的轉錄活性。他發現當細胞內某些轉錄因子（如GR，AR與Smad4）或輔

13、因子（如CBP）被SUMO修飾後，會吸引Daxx與之相結合，其轉錄活性也就受到DAXX的抑制。這研究說明了類泛素修飾是透過DAXX去抑制轉錄因子的活性。而DAXX蛋白在細胞內的位置會受到調控，進一步的決定了它是否能發揮作用。當細胞表現DAXX的結合蛋白MSP58或PML時，這些蛋白會與DAXX結合，將DAXX聚集，使得DAXX無法與轉錄因子結合，而無法抑制基因轉錄。(Lin et al., (2006) Role of SUMO-interacting motif in Daxx SUMO modification, subnuclear localization, and repressio

14、n of sumoylated transcription factors. Mol Cell. 24, 341-54.)3. 果蠅胚胎發育中，oskar在體軸前後的決定上扮演重要的角色，其mRNA被轉錄產生之後會局限在卵母細胞的後端。台大分細所周子賓發現一個蛋白（去蓋頭酵素1，dDcp1）會參與oskar mRNA的複合體形成，並使得這核糖核酸複合體可以被送到卵母細胞的後端，是決定oskar mRNA在卵母細胞後端定位的重要因子。oskar mRNA 決定胚胎的後端之後，就應該要被裂解（degrade）。周子賓的研究發現dDcp1在細胞質中位於裂解體中，因而可能參與mRNA的裂解。這研究開創

15、了研究mRNA在發育過程中的裂解機制的嶄新的方向。(Lin et al., (2006) Drosophila Decapping Protein 1, dDcp1, Is a Component of the oskar mRNP Complex and Directs Its Posterior Localization in the Oocyte. Developmental Cell 10, 601613.)4. GspE為一大類分型NTPase蛋白，與格氏陰性菌中許多同的生命現象。GspE被預測屬於胞內蛋白，但藉由與一內膜蛋白GspL之N端區域的結合而附著於內胞膜上。中興大學生化所胡

16、念台發現十字花科黑腐病菌的GspE蛋白XpsE唯有在與ATP結合後，方可形成多倍體，也方可與XpsL (GspL)的N端結合。這研究說明了ATP在格氏陰性菌第二型分系統中可以扮演一重要的調控角色。 (Shiue et al., (2006) XpsE oligomerization triggered by ATP binding, not hydrolysis, leads to its association with XpsL. The EMBO J. 25, 14261435)5. 類固醇類荷爾蒙（steroid）在身體內調控醣類與鹽份的代謝，也調控男女性徵的發育。cyp11a1為負責類固醇合成的酵素基因。中研院分生所鍾邦柱的研究發現，將斑馬魚cyp11a1基因表現破壞後，早期胚胎細胞的移動與發育會受到