亨丁頓舞蹈症(Huntington's Disease，HD)屬於一種神經性退化疾病，為第四對體染色體的顯性遺傳，發病後會導致腦部神經細胞持續退化，造成病人無法控制自身運動，甚至發生身體僵硬與智能衰退的情形，透過電腦斷層掃描可明顯見到腦部萎縮狀況。多數患者為成年後發病，從初期的平衡失調、情緒異常到中後期的不自主運動與認知能力衰退，患者常死於跌倒、感染或其他相關併發症，目前尚無治癒該病症的方法。 　　早期關於此疾病的病程研究多以小鼠作為模型動物，然而小鼠與人類親緣關係較遠，以小鼠作為研究模型時無法完整呈現人類生病時的病況進展。中國暨南大學與美國埃默里大學(Emory University)醫學院合作，利用基因編輯(CRISPR/Cas9)技術將亨丁頓舞蹈症的基因插入(knock in)豬體內，並順利以種系遺傳產生F1與F2子代的病豬，並且順利觀察到豬大腦中紋狀體變性與運動失調的症狀；藉由與人類更相近之大型動物病況觀察，更能夠幫助科學家們了解與探討疾病的完整變化與基因治療研究。【延伸閱讀】調控HMGA2基因表現能夠控制豬隻體型 　　除了亨丁頓舞蹈症，未來也許還可以藉由CRISPR-Cas9基因編輯技術開發阿茲海默症(Alzheimer's disease，AD)、帕金森氏症(Parkinson's disease，PD)或漸凍人症(Amyotrophic lateral sclerosis， ALS)的大型動物模型，或是藉由這些技術檢視開發基因治療的臨床測試應用性。 　　相關計畫得到廣東省高水準大學建設經費的資助，同時也得到國家自然科學基金委重大研究計畫和重點研究計畫、廣東省科技計畫的支持；相關研究則發表於<Cell>。

青蒿是一年生草本植物，屬於傳統中草藥之一，也是抗瘧疾藥物-青蒿素(Artemisinin)的天然來源。瘧疾是一個具全球影響性的傳染病，根據世界衛生組織的統計，光是在2016就有約2.16億件新發生的瘧疾病例，造成44.5萬人死亡，且有近10億人生活於高風險地區。青蒿素是由中國中醫科學院的屠呦呦研究員所帶領的團隊發現，目前已成為世界衛生組織所推薦的抗瘧疾的標準治療藥物之一，挽救了數百萬名瘧疾患者的生命。中國重慶市西陽縣是世界上最大的青蒿原料生產地，當地的青蒿種植已具有一定規模；然而青蒿素在青蒿中含量極低，故現今也有以酵母菌合成前驅物青蒿酸，再以人工進行化學合成的作法，惟成本仍居高不下，因此目前仍是以農業生產之青蒿作為最主要的原料。 　　由於青蒿素為青蒿所產生之次級代謝產物，了解青蒿基因體與轉錄體的調控有利於科學家釐清青蒿素的合成途徑與參與調控的基因，幫助挑選適合植株或進行轉基因工程，使得青蒿素得以大規模生產，以滿足全球日益增長的需求。研究人員透過定序與資料庫比對，發現了與青蒿素合成調控有關的三個基因-HMGR、FPS和DBR2，所培養的轉基因植株中的青蒿素與二氫青蒿素(dihydroartemisinin acid)含量也較野生株高出許多。此外，還發現AaMYB2基因能夠調節青蒿素的合成途徑中的多個特異性基因，顯示相關的轉綠因子也有可能參與青蒿素的合成。【延伸閱讀】利用霰彈槍定序法揭示落花生的全基因組遺傳資訊 　　目前研究人員培養出了高青蒿素含量的青蒿品系，青蒿素含量可達佔葉片乾重的3.2％，相關的種子已送到馬達加斯加進行田間試驗，未來目標是開發青蒿素含量達5%的植株品系，以期降低植物來源青蒿素的價格，造福需要的病患。 　　相關研究發表於<Molecular Plant>

膠原蛋白（collagen）是人體內含量最豐富的蛋白質，約占人體總蛋白質的25-35%，可組成皮膚、骨骼、韌帶、血管、角膜等構造。膠原蛋白由於特殊的三股螺旋體多胜肽鏈結構，能夠在人體組織之間產生骨架般的支撐保護力、彈性與伸展性，透過調節控制分子通過與調控細胞組織的生理能力，也可以修護組織促進傷口癒合。因此，膠原蛋白不僅盛行於美容、保健食品，市面上也販售醫用級膠原蛋白傷口敷料、人工硬骨、人工軟骨、骨骼填補劑等醫療用品，同時人工眼角膜及新藥劑型也處於研發階段。然而，目前市面上主要使用的膠原蛋白多半來自於豬、牛、雞等動物來源，然而畜牧動物的基因遺傳特性與人類較為接近，若萃取膠原蛋白的動物取自於傳染病疫區，則可能增加使用者連帶感染之風險。 　　新加坡南洋理工大學(Nanyang Technological University)研發團隊在Acta Biomaterialia期刊發表了近期的研究結果，實驗團隊與當地魚場合作，使用吳郭魚(Tilapia)、蛇頭魚(Snakehead fish)、鱸魚(Sea bass)之魚鱗作為原料，將從魚鱗萃取的第一型膠原蛋白進行甲基化修飾，並利用1,4-丁二醇縮水甘油醚 (1,4-butanediol diglycidyl ether)交聯聚合，改善了魚鱗膠原蛋白的物理性質以及低熱穩定性，創造出水溶性膠原蛋白，提供了此類膠原蛋白加入藥物的可能性。另外，透過觀察不同魚鱗製造的膠原貼片於小鼠體內的生物相容性實驗，發現植入膠原貼片可改善附近的血管和淋巴管的生長情形，並加速血管癒合。【延伸閱讀】棉花纖維氣凝膠於醫療上之應用 　　初步成本預估，從10克魚鱗就能取得約200毫克的膠原蛋白，100毫克的膠原蛋白成本大約4星幣。而根據聯合國糧農組織發布的2016年世界漁業和水產養殖狀況報告，預估至2025年時水產養殖產量將達到1.02億噸；處理魚貨的過程中，大量魚鱗常直接作為廢棄物丟棄，實為可惜；若能利用低成本魚鱗作為醫用膠原蛋白來源，除了幫助水產加值利用，也能避免來自豬皮、牛皮等來源所產生的人畜共通疾病與宗教議題。 　　相關研究發表於<Acta Biomaterialia>

隨著世界人口與人類平均年齡不斷增長，罹患癌症與惡性腫瘤患者也越來越多。國際抗癌聯盟（Union for International Cancer Control，UICC）指出，癌症導致全球每年超過800萬人死亡，最常使用的治療方式為手術去除、化學藥物治療及放射線治療。由於現行的治療方式無法準確地清除掉患者體內的癌細胞，治療過後仍具復發與轉移的可能性；因此奈米尺寸的標靶藥物則逐漸成為抗癌與基因治療的研發主流。 　　作為標靶治療的藥物需要依靠有力的藥物傳輸系統，才能準確地將藥物傳送到標的組織。然而，欲將奈米藥物提升到臨床應用，需要先克服藥物在動物體內的生物屏障，避免藥物在到達指定區域以前就先受到降解或是被免疫細胞包圍排出。新加坡生物工程與奈米科技研究院（Institute of Bioengineering and Nanotechnology，IBN）於2014年時開發出由兒茶素合成的奈米載體-poly(ethylene glycol)-epigallocatechin-3-O-gallate (EGCG)；現在更將此載體與抗癌藥物Doxorubicin組成複合物，因兩者結構相似，故具有優異的結合力與體內穩定性。【延伸閱讀】蕁麻可催化新的抗癌藥物，提高化療效果 　　透過動物實驗測試，此複合藥物能夠準確抑制小鼠體內的人類肝癌細胞，且毒性極低，或許可作為未來癌症治療的工具之一，成功減少患者治療的副作用。此項研究開發了綠茶兒茶素除了抗氧化外功能以外的其他特性，拓展了綠茶產品的應用領域。相關研究發表於<Advanced Materials>

受到疾病或意外影響，部分醫療人口需要經由器官移植才有復原的希望；雖然目前已有器官捐贈推廣及人工製造器官的研發，器官移植需求仍然龐大。以美國為例，每年就有超過十萬顆的心臟需求，但只有約兩千人能接受心臟移植；為解決此一困境，各界研究人員正努力找尋再生醫學發展之相關出路，包含3D列印技術、人造機械器官等，另外還有科學家正在嘗試製造含有兩種不同物種的嵌合體(chimaera)—希望人類器官能成功長在親緣關係較相近的豬或綿羊身上。 　　然而此種想法需要克服不同物種間的免疫排斥問題，成為再生醫學研究發展上的重大障礙，因此使用不同來源之多能性幹細胞(pluripotent stem cell, PSC)為另一種新的選擇，且PSC需具有良好的自我更新能力、分化多能性並與細胞移植之個體相容，才適合作為發展標的。2017年時〈Cell〉期刊已發表了關於PSC衍生物—種間囊胚互補(Interspecies blastocyst complementation)，提供了在動物身上產生人體器官的可能性發展研究。 　　首先分離一種動物的幹細胞，注入另一物種(宿主)的胚胎中，再利用CRISPR-Cas9編輯融合胚胎的基因組防止免疫排斥，通過此種方式，人體器官就能在其他動物體內生長。2017年時研究人員已在大鼠(rats)身上培養出小鼠(mouse)胰腺，且移植胰腺可以治療小鼠的糖尿病，也成功使注入人類幹細胞的豬胚胎存活28天；然而豬胚胎中的人類細胞數量約為十萬分之一，而目前預估成功的器官移植須至少達到百分之一的細胞比率，故此研究仍有突破空間。【延伸閱讀】利用DNA檢測食物中微量的花生成份 　　經過一年的改進與測試，加利福尼亞大學戴維斯分校(University of California, Davis)的研究人員Pablo Ross於2018年美國科學促進會上(American Association for the Advancement of Science annual meeting)宣布創造了第二個成功的人—動物嵌合體：0.01％的人羊胚胎。但美國國立衛生研究院目前禁止公共資助人畜混合動物，且法規規定不得使此種胚胎發育超過28天，這些外在因素也限制了相關技術的發展。 　　雖然再生醫學中所使用的方法皆具有不同爭議，但都為面臨死亡的病人提供一線希望，直至真正廣泛應用到臨床醫療之前，仍需醫界、工程界及生物科學界共同努力。

細胞間的訊息依其分泌的胞外囊泡(Extracellular vesicles, EVs )傳送，通過血液或體液傳達到身體其他區域，這些囊泡扮演著溝通與微環境調節的角色。因此囊泡運輸系統中與疾病相關的生物標記分子(biomarker)，可作為協助癌症、心血管或血液疾病的臨床診斷之用。但囊泡顆粒為奈米大小，具高擴散性及流動性，因此分離過程較為困難且耗時，傳統上需要依靠超高速離心機執行。 　　來自新加坡國立大學(National University of Singapore)研發新型裝置，名為microfluidic CEntrifugal Nanoparticles Separation and Extraction (µCENSE)，具有短時間分離與疾病相關的循環生物標記分子(Circulating biomarker)之相關潛力。此項技術較為簡單、快速且方便，能幫助臨床液態生物檢體(liquid biopsy)診斷。 　　研究團隊首先利用微流體離心技術(Microfluidic centrifugal technique)，分離癌細胞培養液中的囊泡。將樣本置入具有特殊設計之彎曲分離微通道的μCENSE晶片，之後把μCENSE加裝至一般實驗室專用之離心機，以離心力分離界於100-1000奈米(nm)的囊泡。透過分析其中的核酸與蛋白質等biomarker成分及含量，便能協助特殊疾病的檢查及診斷。【延伸閱讀】以犬骨、羊骨做為家鴿骨折的新興固定材料 　　研究顯示，此裝置能成功分離出帶有標記分子CD63的囊泡，且分離速度比傳統的超高速離新技術快100倍。目前團隊正積極朝向優化μCENSE晶片設計以增加分離量。希望此項技術未來能協助臨床癌症、心血管或血液疾病等研究，或許在未來也能將其擴增應用於動物醫學領域，加速動物疾病診斷與生理途徑相關研究等，保障動物健康及福利。 　　相關研究發表於AIP Biomicrofluidics

Rhizobium rhizogenes是一種根瘤菌目下的細菌，若植物傷口受到此細菌感染就會導致分支多、根毛多、無向地性的毛狀根(hairy roots, HRs)產生。毛狀根與正常的植物根不同，從受感染的植物上切斷後置於液體培養基中能持續生長，具有生長速度快、分化程度高與遺傳性狀相對穩定等特點。由於以上特點，無法順利於細菌等原核生物中表現的外源基因，可嘗試使用細菌感染植物產生的毛狀根作為表現外源蛋白與大規模增殖之工具，且目前已有人類基因於毛狀根表達而產生外源蛋白的例子。 　　脂肪酶是人類腸道中分解脂肪的酵素，有些人由於天生的染色體缺陷而缺少胰脂肪酶，這種缺陷會導致囊狀纖維化(cystic fibrosis)，造成呼吸道、胰臟、腸胃道、汗腺等外分泌腺器官功能異常，進而增加感染跟發炎的機會。一般會給此類患者補充從動物性來源的胰脂肪酶，但動物性產品具有傳播病毒或普里昂蛋白等風險；故以植物生產酵素以作為人類治療補充劑是未來需要發展的替代方法。【延伸閱讀】伴侶動物對居家醫療的貢獻潛力 　　本研究利用油菜(又稱蕓薹，學名為Brassica rapa)的毛狀根作為產生人類胰脂肪酶的工具，利用生長劑2,4-D(2,4-dichlorophenoxyacetic acid)刺激毛狀根，產生類似癒傷組織的構造。此外，相較於未處理組，在添加2,4-D的毛狀根培養基中偵測到兩倍以上的脂肪酶活性，表示這些組織可能有助於生產大量的外源性蛋白質；作者建議將以上使用毛狀根生產蛋白的方式系統命名為「rhizocalli」，相關內容發表於Plant Cell, Tissue and Organ Culture (PCTOC)。

纖維素(cellulose)為植物、藻類及細菌產生的一類胞外多醣，是構成細胞壁(cell wall)與生物膜(biofilm)的重要成分，也是地球上最豐富的生物性聚合物。纖維素使用範圍廣泛，從紙張到建築材料均可見其蹤跡；除此之外，還能作為生產生質酒精的起始材料。 　　生質酒精可以從玉米等含糖量高的農用原料製造，但會壓縮到玉米的糧食用途，且以往將分解纖維素成葡萄糖會消耗較多成本。美國史丹佛大學(Stanford University)化學系和德國柏林漢堡大學(Humboldt-Universität zu Berlin)的微生物學研究所合作，發現了大腸桿菌製造的新型纖維素-PEtN cellulose (phosphoethanolamine cellulose)，此研究將可幫助減少纖維素轉化的時間與擴展其用途。【延伸閱讀】魚鱗膠原蛋白有助血管傷口癒合 　　細菌所分泌的生物膜具有良好的彈性與張力，可增強細菌抵抗逆境的能力。大腸桿菌(Escherichia coli)分泌的生物膜中具有特殊修飾過的pEtN cellulose，屬於兩性離子聚合物，經固態核磁共振(Solid-state nuclear magnetic resonance)鑑定後發現，phosphoethanolamine group的修飾與BcsE-BcsF-BcsG等跨膜訊號分子的傳遞相關。此外，這種特殊纖維素不易形成晶體且較易溶於水，作者認為利用此種纖維素作為生質酒精的生產原料將會使得轉化過程更加順利。另外，此發現可能還能幫助醫療應用，由於生物膜與細菌的抗藥性具有密切關連，若能將研究發現的纖維素修飾基因作為標靶，或許能為人類提供新的感染治療方法。 　　相關研究發表於Science

雖然目前已開發各種模仿真實皮膚的方法，但仿真度始終不足。哺乳類的真實皮膚由20種或更多功能不同的細胞構成，但現有的模仿組織卻只有包含其中一部分，且沒有一種能夠長出毛髮。 　　哺乳動物的毛囊(hair follicles，HFs)在胚胎發育期間由表皮和真皮之間的細胞相互影響而產生。在一般的動物模型中可通過多功能幹細胞(pluripotent stem cells，PSCs)分開培養成角質細胞(keratinocytes)和纖維母細胞(fibroblasts)，再將兩種細胞結合。而美國的印第安納大學(Indiana University)醫學院開發了3D小鼠胚胎幹細胞培養系統(three-dimensional (3D) mouse embryonic stem cell (mESC) culture)，並用來培養皮膚類器官(organoid)與模仿內耳分化，了解表皮細胞如何產生囊腫；但研究人員發現此方法還能產生具有類似毛囊的小型皮膚組織，毛囊的產生與分化有賴於表皮與真皮細胞的共同發展，此兩類細胞必須以特定的方式一起生長，才能使毛囊發育。使用肉眼觀察會發現皮膚細胞團看起來像帶毛的球體，漂浮於培養基中，毛囊向四面八方向外生長，如蒲公英種子。 　　皮膚類器官本身由三或四種不同類型的真皮細胞和四種類型的表皮細胞組成，比過往開發的皮膚組織更接近小鼠的真實皮膚。雖然研究小組還無法確定類器官表面上的毛髮屬於何種類型，但此技術可幫助創造更好的皮膚類器官模型，未來可用於藥物測試或是觀察觀察皮膚癌的發展等作業。【延伸閱讀】植物的衍生性揮發物質作為抗菌劑之潛力 　　相關研究發表於Nature、Nature Protocols和Cell Reports

繼1997年「桃莉羊」利用「體細胞核移植」技術複製成功之後，20種以上之哺乳類動物複製也相繼成功，但是卻一直無法複製與人類相似的靈長類動物。生物學頂尖國際學術期刊Cell於2018年1月25日在官網上發表封面文章，中國大陸中國科學院神經科學研究所利用「體細胞核移植」(somatic cell nuclear transfer, SCNT)技術，成功複製2隻靈長類長尾獼猴(Macaca fascicularis)，透過此技術未來將建立非人類之靈長類動物研究模型，加速人類遺傳疾病之新藥開發進程。 　　中國科學院研究團隊於本次研究中關鍵成功因素，在於採用胚胎猴的「纖維母細胞核」(fetal monkey fibroblast)做為細胞核之來源，而非成猴的「卵丘細胞核」(cumulus cells)，並且利用表徵遺傳調節子(epigenetic modulators)促進胚胎細胞發育，因而大幅提高長尾獼猴之懷孕成功機率。研究團隊將胎猴纖維母細胞胚胎，植入21隻代理孕母體內，成功誘使6隻母猴受孕並產出健康的2隻小獼猴。顯示此法可使細胞較容易發生重新編程(reprogramming)，成為全能性的胚胎細胞，提高體細胞核移植後成功複製的效率，且能規避掉因基因編輯衍生的脫靶效應(off- target effect)等非專一性調控之相關問題。【延伸閱讀】最新的研究發現迷你豬在野豬族群擴張的過程中扮演重要的角色 　　此項技術不僅為生物學帶來新的突破，也可用於精進其他複製動物的相關實驗，或許能拯救瀕危物種，維持環境中的生物多樣性。未來亦可應用於人類新藥開發前期之試驗研究，以模擬人類疾病之複製猴研究模型，來提高藥物功效之準確性，預期可加速人類於阿茲海默症、自閉症、免疫缺陷、腫瘤、代謝性等疾病之新藥開發時程，為生醫領域開啟新的里程碑。

該議題的目標在於開發創新型基礎農業生物技術技術，以及利用處理量大的作物形質轉換和表型組學技術生產能夠應對氣候變化的生物技術作物。經由該議題，最尖端的基因組學和生物信息學將在農業上佔據重要地位的植物和微生物的基礎之上得到運用。從生物活體信息中篩選出具有意義的知識是該議題的重要部分。因此，將針對植物（稻、白菜、蘿蔔）和微生物（水稻白葉枯病病原菌）基因組項目（Genome Project）的結果和其中有用的遺傳基因、基因網絡模型、分子育種資源等構建國家數據庫，並開展結構基因組學和功能基因組學研究，而這將以旨在探索高價值信息的功能基因組學的相關後續研究結果為根據。為生成農業資源的標準基因組，國家農業基因組計劃（National Agricultural Genome Program）也已經啟動。目前，該計劃已經為作物、園藝植物、蘑菇、微生物的從頭測序基因組做出貢獻。此外，該計劃還將利用天然種質和序列化的基因組信息對洋白菜開展功能性研究。最後再順便補充一下，韓國國立農業生物技術信息中心（National Agricultural Biotechnology Information Center, NABIC）將充當農業生物技術信息的國家級中心角色。此外，還將通過綜合性網頁服務綜合收集研究數據，向研究機構、業界提供用戶友好型分析工具。以該議題為基礎的研究活動還包括功能基因和新型代謝物質的發現和開發。該議題所包含的研究活動(1)功能基因和新型代謝物質的發現和開發 (2)生理功能規定(3)利用基因重組DNA技術開發業界所需要的高附加值作物分析基因複合體的相關代謝途徑，為開發出用於調節代謝途徑的核心技術而運用包括轉錄組（transcriptome）、蛋白質組（proteome）、代謝組（metabolome）等在內的組學（Omics）技術。同時，也以開發高附加值作物為目標，運用關鍵基因分子技術。以作物增產為目標而調節人工照明，進而調節生長環境的技術融合也得到適用。此外，功能基因和高附加值生物技術物質的開發也是必須的。為維持具有環境持續性且靈活應對氣候變化的品質和生產率，正在以生物信息學和功能分析為基礎區分“氣候基因（Climate Genes）“。環境風險和食品安全性評估的目標在於——確認與轉基因作物栽培相關的風險，並實現特性化。而該評估的初衷為實現環境風險和食品安全性的特性化，並設計對此進行管控的手段。已經為對基因的移動性、多樣性、分佈結構進行研究而準備了試驗田（experimental fields）。而為了評估食品的安全性，也對食品毒素、過敏原、轉基因作物與非轉基因作物之間的實質等同性的相關特性進行分析。

摘要農業嫁接的歷史可以追溯到近3000年。透過不斷的嘗試及失敗，古代的中國人和古代的希臘人意識到，剪下一段植物的枝條到另一個植物的莖進行結合，以提高作物的品質。現在，研究人員已經利用這種古老的方法結合現代遺傳研究，來顯示經嫁接植物可以共享表觀遺傳的特徵。圖:顯示在共聚焦顯微鏡下的圖像,是兩個擬南芥的基因型態的嫁接。一個基因型的細胞膜是顯示為黃色,而另一個則顯示為紅色的。Salk Institute和劍橋大學的研究人員研究sRNAs嫁接結點的動靜並在植物的基因中得到表觀遺傳的變化的結果。