生物科技對人文社會的影響 -- 從美麗新世界談起

1. 生物科技對人文社會的影響--從美麗新世界談起生物科技對人文社會的影響--從美麗新世界談起 蕭 介 夫 國立中興大學 校長 食品與應用生物科技系講座教授 中央研究院植物所 研究員/ 教授 國家科學委員會 傑出獎特約研究員 美國科學促進會AAAS Fellow

2. 「美麗新世界」─這部1932年的預言小說，預言有一天人類將扮演上帝「重塑自然」，甚至「改造生命」的角色，這個完全革命性的革命，在短短的半世紀之後，隨著「桃莉羊」的複製、人類基因圖譜的解碼完成，書中預言的未來在加速地發展，科技的進步，讓人對未來存著一些朦朧的幻想，認為科技不但可以創造出精挑細選的「生」，更可以解決人生最苦難的「老」、「病」、「死」的問題。「美麗新世界」─這部1932年的預言小說，預言有一天人類將扮演上帝「重塑自然」，甚至「改造生命」的角色，這個完全革命性的革命，在短短的半世紀之後，隨著「桃莉羊」的複製、人類基因圖譜的解碼完成，書中預言的未來在加速地發展，科技的進步，讓人對未來存著一些朦朧的幻想，認為科技不但可以創造出精挑細選的「生」，更可以解決人生最苦難的「老」、「病」、「死」的問題。

3. Aldous Huxley (1894-1963) English novelist and critic, best known for his dystopian novel Brave New World(1931). Besides novels he published travel books, histories, poems, plays, and essays on philosophy, arts, sociology, religion and morals.

4. 1996世界第一大科技突破：「 複製 」羊--「桃 麗」 英國羅斯林研究所（Roslin Institute）在一九九六年向媒體公布，完成了全球第一隻桃麗羊（Dolly the Sheep）生命科學在近十年來進步非常神速，人類不僅能改造生物體的遺傳基因，塑造新生命，還能利用遺傳工程生產許多造福人類的產品，而體細胞的複製只是生物技術一種新技術而已，造就了世界上第一隻複製羊-----桃麗誕生了!這意味著人的複製將不再只是科幻小說中的情節，而是有可能實現的未來 。

6. 國內複製動物 複製羊 我國第一例複製羊的誕生，是以成年的阿爾拜因乳羊的耳朵細胞作為供核源，進行乳羊的複製；代孕母羊於民國九十一年七月五日成功分娩，產下雙胎複製羊並且順利存活。（圖一） 這雙胎複製羔羊的出生體重分別為3.2公斤及2.0公斤。複製乳羊之誕生與成長，已經為國內畜產生物科技的發展，奠定重要的里程碑。 酷比豬 我國第一例複製豬為利用豬乳鐵蛋白及人類凝血第九因子之雙基因，轉殖母豬體細胞作為供核細胞進行核移殖，已成功獲得四頭雙基因轉殖的複製豬，其中第一頭複製豬於民國九十一年二月十五日誕生，為全球第一頭攜雙轉殖基因之複製豬。（圖二）

7. 複製牛 我國第一例以成年荷蘭牛卵丘細胞為供核源之複製牛，於民國九十一年成功誕生，共產下三頭複製犢牛。該三頭複製牛經DNA親子鑑定後，其DNA排序與供核細胞一致，而判定為複製牛。但很不幸，這三頭複製犢牛雖順利地誕生，但分別於出生後之第一、第三和第六天後相繼死亡。

8. 「複製人」 技術將如試管嬰兒一樣，很快地降臨我們身邊，而且很可能會如這些作者所預料的，成為大家習以為常的事情。但是在那一天到來之前，我們需要經過多少辯論爭執，多少風浪事件呢？在這演變的過程中最怕的是我們對主題缺乏正確的了解以致無法理性地面對它，處理它？假如人類本來就是以無性生殖的話、而且人類沒有社會道德及法律制度的話，「複製人」也就無所爭議，可是事實上，我們人類向來以男女交配生育兒女，而且我們的社會也是建立於以異性婚姻所組成的家庭單位上（同性婚姻仍未被接受），很多道德、法律也是依賴家庭的觀念，所以我們可以想見人類的無性生殖一旦來臨，會帶來多麼巨大的社會衝擊。

9. The History of Biotechnology

10. The History of Biotechnology

11. 美國總統克林頓和英國首相貝理雅於2000/6/26日分別在英美兩國宣布，完成了基因排列草圖。一幀人類基因排 列草圖呈現在人們的眼前，勢將掀起地球一場生物科技 及醫療革命，人類很多絕症例如癌症及日後老人痴呆症、癌症、唐氏綜合症、心臟病均可以治癒。有學者因 而預期人類可活至1,200歲。 1990年美國政府發起，聯同數個國家，展開了歷來最大規模的「人類基因組計畫」，該研究耗資約24億港元，美國、英國、日本、德國、法國及中國承擔費用，並派科學家參予研究，目標在於正確排列出人類23對染色體基因組，總共約31億個DNA單位的正確排序。 人類基因解碼

12. 全球轉基因作物之利用現況 • 在1996 至2003期間，全球轉基因作物的栽培面積增加了40倍。 • 其中三分之二種植在已開發的工業化國家，三分之一（30%）種植在開發中國家。 • 2003年已有六千六百七十萬公頃的栽培面積，共有七百萬的農民參與。 • 已正式被核准推廣栽植的有18個國家。 • 2003年中，全球轉基因作物之栽培以四種作物種類為主： 轉基因黃豆41.1百萬公頃（61%） 轉基因玉米15.5百萬公頃(23%) 轉基因棉花7.2百萬公頃(11%) 轉基因油菜3.6百萬公頃(5%)

13. 99%的轉基因作物種在全球六個國家(2003) 備註：1.美國獨居熬首 2.中國大陸及南非年增長率為33%，為全球之冠

14. http://are.berkeley.edu/courses/PMB10/Lecture-17.htm Plant and Microbial Biology 10 - Fall 2002Plants, Agriculture, and SocietyLecturer: Gregory GraffLecture 17- Agricultural Genetic Engineering: Areas of Application • Genetically engineered plants are currently being worked on in at least six major areas: • Improving Pest and Weed Management • Improving Agronomic qualities • Improving Post Harvest Qualities • Improving Nutritional Quality • Molecular Farming • Technologies for Environmental Improvement

15. http://are.berkeley.edu/courses/PMB10/Lecture-17.htm • 1. Improving Pest and Weed Management • a. Herbicide tolerance • Transgene is for an enzyme that enables the plant to block the herbicide chemical. b. Insect resistance • Example, the Bt protein derived from a soil bacterium, Bacillus thuringiensis, is highly targeted just to damage the gut of Lepidopteran insects (butterflies and moths). Bt is used in corn to control for the European Corn Borer and Corn Rootworm, pests that cost billions of dollars in damage to the corn crop worldwide each year. • c. Disease resistance • Viral Coat Protein Technology – Transferring the gene for a viral coat protein, a part of the outer shell of a virus that does not cause disease, into a plant acts like a vaccine for the plant.

16. http://are.berkeley.edu/courses/PMB10/Lecture-17.htm • 2. Improving Agronomic qualities • a. Improving cold sensitivity: Creating frost tolerant, cold hearty varieties • Transgenes that create more unsaturated fatty acids for the plant's cellular membranes. • b. Improving water stress, drought tolerance • Transgenes for enzymes that increase the level of polyols (sugar derivatives) commonly found in frost tolerant plants. • c. Improving salt tolerance • Transgenes added that code for proteins that move salt into the vacuole of the plant cell. • d. Improving production of hybrids • Transgenes can be added to corn that shut off the development of pollen or make it sterile, so that the parent lines used in making hybrids do not need to be detasseled. (Recall the methods of hybridization from Lecture 9.)

17. http://are.berkeley.edu/courses/PMB10/Lecture-17.htm • 3.Improving Post Harvest Qualities • a. Delayed fruit senescence • Fruit ripening or "senescence" of the fruit is triggered by the plant hormone ethylene. The timing of ripening is problematic in many fruits and vegetables (tomatoes, for example) and they need to be picked green in order to make it to the store without getting mushed. Delaying the onset of ethylene production gives the fruit more time to develop sugars and flavors before going soft. • b. Delay of flower senescence • The hormone ethylene is also involved in the senescence (wilting and browning) of flowers. Similar strategies can help cut flowers to stay fresh longer.

18. http://are.berkeley.edu/courses/PMB10/Lecture-17.htm • 4. Improving Nutritional Quality • a. Improving the profile or the level of amino acids and proteins • Examples: High methionine and high lysine animal feeds, low phosphorus animal feeds • b. Improving the level of micronutrients • Example: high vitamin A rice, Insert two transgenes for carotenoid synthesis enzymes that make beta carotene the precursor to Vitamin A. One of the transgenes also codes for a transit peptide, which moves the beta carotene into storage in the endosperm of the rice grain.

19. http://are.berkeley.edu/courses/PMB10/Lecture-17.htm • 5. Molecular Farming • a. biodegradable plastics • Examples: In 1992, scientists isolated the genes necessary for plastic production, transferred them into Arabidopsis, and produced the first plant-derived plastic, polyhydroxyalkanoate (PHA). The technology was further adapted in corn so that the product would be expressed only in the leaves and stalk, leaving the ears free for food or feed. • b. pharmaceuticals • Examples: I. alkaloids and glycosides •      ii. monoclonal antibodies •      iii. edible vaccines

20. http://are.berkeley.edu/courses/PMB10/Lecture-17.htm • 6. Technologies for Environmental Improvement • a. Engineering plants to absorb and sequester heavy metals and other toxins to decontaminate soils. • Plants have various strategies for increasing their uptake of minerals from deficient soils. One involves the ability to secrete organic acids, such as citrate, to increase the solubility of the metal. Another is the release of amino acids that bind to the soluble iron from deficient soils. Overproduction of these compounds may increase mineral uptake. • Plant transporter proteins are also involved in moving minerals from the soil to the root, and several genes have been identified that encode for these substances. • Through genetic modifications, researchers are attempting to optimize plants’ abilities to sequester contaminants. For example, plant materials will bind the metals cadmium and zinc, which are stored in the vacuoles. Iron, on the other hand, is stored as the protein ferritin. • b. Engineering plants to absorb and sequester salts, to control soil salinity.

21. Overview over current and future products waves triggered by plant biotechnology. J. Plant Physiol. 160. 727–734 (2003)

22. 黃金米 從事生物工藝學研究的英國辛根塔在實驗室培育出了一種名叫“黃金米”的新型轉基因大米。這種大米所含的β胡羅卜素是其他轉基因大米的20倍。β胡羅卜素在人體裏可轉換變維生素A。     據世界衛生組織估計，由於缺乏維生素A，全球每年約有50萬名兒童失明。一些農業學家和環境保護組織表示，彌補維生素A的不足可以確保人體飲食的平衡。

25. 基 因 轉 殖 甜 甜 米 (自由時報 90 5 24 )

26. 文／蕭介夫（中研院植物所研究員） 台灣出好米-甜甜米 2003.7.13　中國時報 § 前言 § 透過植物基因轉殖技術，中研院植物所與分生所共同研發成功了新品種的「甜甜米」，既可改善人的營養、亦具工業用途; 這項研發成果，是台灣發展加值型農業生物科技「植物分子農場」的重要成就。

27. 中華民國 91年12月19日星期四 水稻基因解碼 糧荒有解 　 〔記者郭怡君、駐日特派員張茂森╱綜合報導〕 由我國和日本等十個國家共同合作的「國際水稻 基因體定序計畫」，昨日在日本歡慶完成水稻的 「高品質基因圖譜」，台灣負責完成水稻的第五 條染色體解碼，佔整個計畫解碼貢獻的八％，僅 次於日本、美國、中國大陸。 日本首相小泉純一 郎在發表會上宣稱，「這項突破性的研究將對全 世界解決糧食和環境問題帶來重大貢獻。」 　台灣主要的參與單位中央研究院昨日也在院內 同步舉行水稻基因定序完成發表會，中研院院長 李遠哲指出，全球超過一半的人口以稻米為主食 ，在國科會、農委會及中研院的共同支助，及成 功大學生命科學研究所...（詳全文) 台灣的成績單 　「國際水稻基因體定序計畫」昨天宣布完成，這項國際合作計畫共有包括台灣在內的十個國家參與，總經費約六十億台幣。台灣出資兩億多元，負責水稻第五條染色體的解碼工作，在十國中貢獻度為第四。圖為中研院植物所所長蕭介夫說明台灣協助水稻第五條染色體解碼的情形。（記者方賓照攝）

28. 肥胖基因 植物也有 • 中研院植物所研究員蕭介夫研究發現植物的肥胖基因，可藉以控制植物的育成或改變植物的型態，預期可大幅提升農作物、觀賞植物的經濟效益。目前國際植物學界仍未有相關技術及研究發表，蕭介夫所發表這項發現不只獨步全球，也是首見的技術。 植物「白老鼠」-阿拉伯芥

29. Ethylene Effects Johnson and Ecker, Ann. Rev. Genet. 1998, 32, 227-254.

30. Ethylene signal transduction pathway Bleecker 2000 Annu Rev Cell Dev Biol 16, 1-18.

31. LB NOS-T HPH CaMV35S NOS-T boers CaMV35S RB Extended flower longevity of Petunia hybrida plants transformed with boers, a mutated ERS gene of Brassica oleracea Addition of 10 ppm ethylene for 33.5 h Control Anti-sense ACO boers boers: an ethylene receptor sensor gene (I62F) of Brassica oleracea Shaw, et al., Molecular Breeding 9:211-216 (2002)

32. LB NOS-T HPH CaMV35S NOS-T boers CaMV35S RB Day 0 Day 3 Day 0 Day 3 Ethylene insensitive and post-harvest yellowing retardation in mutant ethylene response sensor (boers) gene transformed broccoli (Brassica olercea var. italica) boers: an ethylene receptor sensor gene (I62F) of Brassica oleracea Chen, et al., Molecular Breeding 14:199-213 (2004)

33. RB NOS-P NPTII NOS-T 35S-P ACO1 GUS NOS-T LB Transformation of Papaya with Antisense CP-ACO1 Delay the Fruit Senescence Anti-Sense ACO1 in pBI121 CK: wild type 127: transgenic papaya with antisense CP-ACO1 D1~D9: day1~9 after harvest Collaboration with Dr. SD Yeh and Dr. JS Yang

34. 生質能（Biomass Energy） • 生質能是利用生質物（Biomass）經轉換所獲得的電與熱等可用的能源。 • 根據國際能源總署的統計，目前生質能是全球第四大能源，僅次於石油、煤及天然氣。 • 生質能供應全球約14%的初級能源需求，也提供了開發中國家35%的能源，是目前最廣泛使用的再生能源。 • 根據預測，在一九九九至二○○八年間，歐洲生質物/廢棄物氣化系統數量將占全球42%。

35. 二○○一年全球初級能源供應分布

36. 生質能技術的種類 • 固態衍生燃料技術 • 液化與氣化技術 • 沼氣利用技術： 分為好氣發酵及厭氣發酵

37. 轉換為能源的方式可分為 • 直接燃燒技術 • 物理轉換技術 • 熱轉換技術 • 化學/生物轉換技術

38. 能 燃 燒 O2 碳水化合物 光合作用 分解、醱酵 酒精 CO2 + H2O 澱粉、纖維素等 植物或藻類 ＋ 太陽能 油 脂 生物柴油 RC – O - R O2 燃 燒 能 CH3CH2OH

39. 生質柴油 甘油 生 質 柴 油 原 理 O CH2O-C-R CH2OH O O CH-C- R + R –OH CHOH + 3R-C-O-R O CH2O-C-R CH2OH • 利用油脂作物或廢食用油與甲醇（或乙醇）進行轉酯化反應，可產生脂肪酸甲酯（或乙酯）及甘油等產物;經分離甘油後，以蒸餾去除未反應完全的油脂，產生與一般柴油品質相當的液態燃料，稱為生質柴油。

40. Title:LIPASE-CATALYZED ETHANOLYSIS AND ISOPROPANOLYSIS OF TRIGLYCERIDES WITH LONG-CHAIN FATTY-ACIDS • Author(s):SHAW JF, WANG DL, WANG YJ • Source:ENZYME AND MICROBIAL TECHNOLOGY 13 (7): 544-546 JUL 1991 • Document Type:Article • Language:English

41. Cited References：12    Times Cited：22 Abstract: A celite-immobilized Pseudomonas lipase was used to catalyse the alcoholysis of triglycerides with long-chain fatty acids in ethanol and isopropanol to yield the respective esters at room temperature. The initial rate of alcoholysis for tripalmitin in isopropanol was faster than that in ethanol, whereas the opposite was observed for triolein. The final conversion of triglyceride obtained from isopropanolysis was higher than that obtained from ethanolysis. The celite-immobilized lipase appeared to be more stable in the reaction mixture of isopropanolysis as compared to that of ethanolysis. The lipasecatalysed alcoholytic reaction is potentially useful in the production of esters of specific interest.

42. 優　　點 • 可降低約２０％的二氧化碳排放量。 • 生質柴油中約含１１％重量比的氧，故在燒中會改善燃燒效率。 • 降低污染：可大幅降低柴油引擎所排放的黑煙、未燃碳氫化合物、一氧化碳、以及多環芳香烴等毒性物質。 • 再生能源。

43. 發展現況 • 一九八五年由奧地利在Styria建立首座轉酯化試驗工廠。 • 目前比利時、法國、德國、義大利及美國等每年的生質柴油產量已超過十萬公噸。 • 日本只有少量的生質柴油是以廢食用油為原料生產。

44. 使用生質柴油為燃料的巴士。 美國印地安納州漢彌頓東南地區學校兒童的搭乘生質柴油校車上學。

45. 纖維素 澱粉 纖維素酶 酵母菌發酵 乙醇 葡萄糖 澱粉酶 生物酒精

46. 中興大學的治校理念 高品質全人教育:培養具有健康體魄、人文素養、科學精神、創新思考能力與國際觀之知識青年。 • IMPACT青年 Innovation (創新能力): 加強跨領域教育核心課程並著重啟發式教學。 Modernization (現代化知識): 鼓勵學生追求新知與時俱進。 Physically Sound (健康體魄): 加強體育與健康教育，鼓勵體育活動。 Antistress (抗壓能力): 加強導師功能及心理諮商輔導。 Communication (溝通能力):重視學生社團活動，鼓勵學生發表意見 並輔導溝通技巧。 Thoughtful (深思細心，關愛國家社會):透過學校或社團舉辦之活動 潛移默化。

47. 目 標 • 結合本校傑出生物科技人才與農業試驗所，加上中研院生物科技相關研究所設立分所或中心於中興新村，將可發展成世界頂級農業生物科技學術園區。 • 結合本校傑出之理工人才與中部科學園區發展資訊、精密機械、奈米光電及通訊等相關產業。 • 結合本校人文社科人才與台中文化建設，發展國家文化創意產業。 • 鼓勵跨領域大型研究團隊進行整合性創新研究。 打造文化綠色矽谷

48. 核心大學--帶動中部地區的發展 一、中部地區相關大學與研究機構之策略聯盟及產學合作： • 中部地區有逢甲大學、東海大學、中國醫藥大學等十多所大學;榮總、農試所及工研院機械所等研發單位;中部科學園區及許多優質企業，本校可以與這些機構策略聯盟整合卓越團隊，發揮領導中部文化學術與產業發展之功能。 二、與中研院、工研院、國衛院等合作共同研發中心 三、國際化—與國際知名大學與企業合作

49. 中興大學為中部地區唯一的國立研究型綜合性大學中興大學為中部地區唯一的國立研究型綜合性大學 • 面積--校本區佔地 53 公頃。 • 本校另有四處實驗林楊(文山林場、惠蓀林場、東勢林場、新化林場)--佔地 8,269 公頃 • 實習農場、園藝場、畜牧場--佔地 33 公頃 • 教學研究單位--設有文、理、工、農資、獸醫、生科、社管共7學院，51系所，及生物科技發展中心、奈米科技中心 • 專任教師823人(含教授326人、副教授203人) • 學生人數--博士班1,414人、碩士班 4,342人、大學部10,233人 • 八十七年校史,培育無數優秀人才

50. 目標與發展策略 • 擴大學校規模 • 旱溪擴大校園計畫 • 社區整體營造-公地計畫 • 規劃與台中教育大學合校 • 進駐中興新村生物農學園區 • 水湳機場中草藥研究中心