生物科技伦理学课件

後基因體時代的倫理素養

陳錦生長榮大學生科系JohnNaisbitt

in“Megatrends2000”你也許不懂生物科技但你不能不知道它的最新發展否則你就是縱容別人以上帝自居基因改造過的生物會不會破壞自然生態將來會不會有人頭馬之類的怪物出現人類憑什麼干預生命的奧秘過程科學家會不會唯利是圖濫用科技你推卸不了道義責任1953年英國劍橋大學博士生詹姆斯．華生（JamesD.Watson），及法蘭西斯．克立克（FrancisCrick）發現

ＤＮＡ的雙螺旋結構，證實了ＤＮＡ是所有生命的核心AstructureforDeoxyriboseNucleicAcid

Theyear1953couldbesaidtomark,inbiologyatleast,theendofhistory.HereisJamesWatsonandFrancisCrick'spaperonthestructureofDNA,whichusheredinthenewerawiththecelebratedunderstatementneartheend.(aspublishedinNATUREmagazine)2April1953

MOLECULARSTRUCTUREOFNUCLEICACIDSAStructureforDeoxyriboseNucleicAcid

Wewishtosuggestastructureforthesaltofdeoxyribosenucleicacid(D.N.A.).Thisstructurehasnovelfeatureswhichareofconsiderablebiologicalinterest.AstructurefornucleicacidhasalreadybeenproposedbyPaulingandCorey(1).Theykindlymadetheirmanuscriptavailabletousinadvanceofpublication.Theirmodelconsistsofthreeintertwinedchains,withthephosphatesnearthefibreaxis,andthebasesontheoutside.Inouropinion,thisstructureisunsatisfactoryfortworeasons:(1)WebelievethatthematerialwhichgivestheX-raydiagramsisthesalt,notthefreeacid.Withouttheacidichydrogenatomsitisnotclearwhatforceswouldholdthestructuretogether,especiallyasthenegativelychargedphosphatesneartheaxiswillrepeleachother.(2)SomeofthevanderWaalsdistancesappeartobetoosmall.Anotherthree-chainstructurehasalsobeensuggestedbyFraser(inthepress).Inhismodelthephosphatesareontheoutsideandthebasesontheinside,linkedtogetherbyhydrogenbonds.Thisstructureasdescribedisratherill-defined,andforthisreasonweshallnotcommentonit.Wewishtoputforwardaradicallydifferentstructureforthesaltofdeoxyribosenucleicacid.Thisstructurehastwohelicalchainseachcoiledroundthesameaxis(seediagram).Wehavemadetheusualchemicalassumptions,namely,thateachchainconsistsofphosphatediestergroupsjoiningß-D-deoxyribofuranoseresidueswith3',5'linkages.Thetwochains(butnottheirbases)arerelatedbyadyadperpendiculartothefibreaxis.Bothchainsfollowright-handedhelices,butowingtothedyadthesequencesoftheatomsinthetwochainsruninoppositedirections.EachchainlooselyresemblesFurberg's2modelNo.1;thatis,thebasesareontheinsideofthehelixandthephosphatesontheoutside.TheconfigurationofthesugarandtheatomsnearitisclosetoFurberg's'standardconfiguration',thesugarbeingroughlyperpendiculartotheattachedbase.Thereisaresidueoneachevery3.4A.inthez-direction.Wehaveassumedanangleof36°betweenadjacentresiduesinthesamechain,sothatthestructurerepeatsafter10residuesoneachchain,thatis,after34A.Thedistanceofaphosphorusatomfromthefibreaxisis10A.Asthephosphatesareontheoutside,cationshaveeasyaccesstothem.Thestructureisanopenone,anditswatercontentisratherhigh.Atlowerwatercontentswewouldexpectthebasestotiltsothatthestructurecouldbecomemorecompact.Thenovelfeatureofthestructureisthemannerinwhichthetwochainsareheldtogetherbythepurineandpyrimidinebases.Theplanesofthebasesareperpendiculartothefibreaxis.Thearejoinedtogetherinpairs,asinglebasefromtheotherchain,sothatthetwoliesidebysidewithidenticalz-co-ordinates.Oneofthepairmustbeapurineandtheotherapyrimidineforbondingtooccur.Thehydrogenbondsaremadeasfollows:purineposition1topyrimidineposition1;purineposition6topyrimidineposition6.Ifitisassumedthatthebasesonlyoccurinthestructureinthemostplausibletautomericforms(thatis,withtheketoratherthantheenolconfigurations)itisfoundthatonlyspecificpairsofbasescanbondtogether.Thesepairsare:adenine(purine)withthymine(pyrimidine),andguanine(purine)withcytosine(pyrimidine).Inotherwords,ifanadenineformsonememberofapair,oneitherchain,thenontheseassumptionstheothermembermustbethymine;similarlyforguanineandcytosine.Thesequenceofbasesonasinglechaindoesnotappeartoberestrictedinanyway.However,ifonlyspecificpairsofbasescanbeformed,itfollowsthatifthesequenceofbasesononechainisgiven,thenthesequenceontheotherchainisautomaticallydetermined.Ithasbeenfoundexperimentally(3,4)thattheratiooftheamountsofadeninetothymine,andtherationofguaninetocytosine,arealwaysberyclosetounityfordeoxyribosenucleicacid.Itisprobablyimpossibletobuildthisstructurewitharibosesugarinplaceofthedeoxyribose,astheextraoxygenatomwouldmaketoocloseavanderWaalscontact.ThepreviouslypublishedX-raydata(5,6)ondeoxyribosenucleicacidareinsufficientforarigoroustestofourstructure.Sofaraswecantell,itisroughlycompatiblewiththeexperimentaldata,butitmustberegardedasunproveduntilithasbeencheckedagainstmoreexactresults.Someofthesearegiveninthefollowingcommunications.Wewerenotawareofthedetailsoftheresultspresentedtherewhenwedevisedourstructure,whichrestsmainlythoughnotentirelyonpublishedexperimentaldataandstereochemicalarguments.Ithasnotescapedournoticethatthespecificpairingwehavepostulatedimmediatelysuggestsapossiblecopyingmechanismforthegeneticmaterial.Fulldetailsofthestructure,includingtheconditionsassumedinbuildingit,togetherwithasetofco-ordinatesfortheatoms,willbepublishedelsewhere.WearemuchindebtedtoDr.JerryDonohueforconstantadviceandcriticism,especiallyoninteratomicdistances.WehavealsobeenstimulatedbyaknowledgeofthegeneralnatureoftheunpublishedexperimentalresultsandideasofDr.M.H.F.Wilkins,Dr.R.E.Franklinandtheirco-workersatKing'sCollege,London.Oneofus(J.D.W.)hasbeenaidedbyafellowshipfromtheNationalFoundationforInfantileParalysis.J.D.WATSONF.H.C.CRICKMedicalResearchCouncilUnitfortheStudyofMolecularStructureofBiologicalSystems,CavendishLaboratory,Cambridge.April2.1.Pauling,L.,andCorey,R.B.,Nature,171,346(1953);Proc.U.S.Nat.Acad.Sci.,39,84(1953).

2.Furberg,S.,ActaChem.Scand.,6,634(1952).

3.Chargaff,E.,forreferencesseeZamenhof,S.,Brawerman,G.,andChargaff,E.,Biochim.etBiophys.Acta,9,402(1952).

4.Wyatt,G.R.,J.Gen.Physiol.,36,201(1952).

5.Astbury,W.T.,Symp.Soc.Exp.Biol.1,NucleicAcid,66(Camb.Univ.Press,1947).

6.Wilkins,M.H.F.,andRandall,J.T.,Biochim.etBiophys.Acta,10,192(1953).VOL171,page737,1953生物技術的世紀1980年，第一個人工改造的細菌獲得專利1977年，「桃麗羊」複製成功2000年，「人體基因組解碼」獲初步成功基因工程技術的蓬勃發展複製人？生物科技倫理議題胚胎地位的爭議基因改造食品人體基因計畫複製技術帶來的社會衝擊生殖科技幹細胞基因行為學動物權基因專利及商業化生物資料庫(biobank)宗教議題生態衝擊人體基因體計畫「人類基因體計劃」（HumanGenomeProject）是由美國、英國、法國、德國、中國與日本等六國科學家所組成的龐大團隊，經費大部份來自美國聯邦政府的「國家衛生研究院」（NIH）與英國的「衛爾康基金會」（WellcomeTrust）。「賽雷拉公司」（CeleraGenomics）則是由科學界的傳奇人物文特博士所創立，在一九九八年以異軍突起之姿投入破解人類基因密碼的競技場，而且成果斐然。。後基因體時代來臨人類基因的數目遠少於以往科學界的預估（十萬個），大約只有三萬到四萬個，僅僅是果蠅、線蟲等低等生物的兩倍多。而且與老鼠比較，人類只有三百餘個基因是老鼠身上找不到的。計劃領導人柯林斯說：「這對我們人類的自尊是個打擊，不過這也顯示了人類的複雜性來自其他源頭，我們必須開始搜尋。」後基因體時代的生技倫理1960年生物倫理學成為專門領域1992年，美國各院醫院規定必須要有生物倫理學家駐院，或訂定醫學倫理準則。2000年人體基因體解碼完成，進入後基因體時代。後基因體時代的生技倫理學不是因應醫學的新發展，而是預測新科技可能帶來的貢獻和災害。BioethicsScienceasks"Canwe?"

Lawasks"Maywe?"

Moralityasks"Shouldwe?"基因科技基因Gene基因位於染色體上，是一段DNA序列。基因可以指引特定的胺基酸序列形成，而形成特定的蛋白質。基因的特性：具備調控細胞或生物的發育與代謝、行為能力的訊息。細胞分裂時，能穩定且高度正確的複製，方能使這訊息物質代代相傳。能夠產生突變，以產生演化過程中的遺傳變異。基因工程剪刀：限制酶(restrictionnuclease)醬糊：連結酶(Ligase)交通工具：載體(Vector)目的地：宿主(Host)基因工程的應用醫學：胰島素、B肝疫苗、生長激素、複製製藥活體工廠、IQ基因、疾病檢測（25oncogens、糖尿病、巴金森、老化）、生殖技術農學：超級蕃茄、吃豆如吃肉、快速生長之家畜、環境：分解原油、鎘米、可分解的塑膠袋法醫：鑑定、微量證據、微量證據、親子鑑定、PCR其他：化工基因體是什麼？基因體就是一個生命體的遺傳信息的總和。那麼在這裏我們就不是單個基因，而是所有的基因。它所編碼所有的氨基酸相互之間的這個關係。美國總統柯林頓及英國首相布萊爾於2000年6月26日與美、英、日本、德國、法國、中國的科學家共同宣布歷時十年的「人類基因體計畫」已經完成

人體基因體研究何謂人類基因體計畫?美國能源部和國家衛生研究院合作主導目標(1998-2003)鑑定人類DNA約30,000個基因決定人類DNA約30億鹼基對的序列將這些資訊儲存在資料庫發展分析資料之工具從基因體研究再引發倫理、法律及社會議題的研究有「DNA之父」盛譽的諾貝爾獎得主華生，2010.3.31將首度訪台，他強調遺傳疾病的研究，是當前科學界重要議題。

圖／《科學人》提供，Motisi攝影Thehumanandchimpgenomesareabout99.2%identical.©/GettyImages

人類的基因組，和黑猩猩的相較，其中有99.2%是雷同的，在基因組中功能上較重要的部分，該雷同上升到99.5%。研究人員比較了人類、黑猩猩和老鼠的7千5百個基因。把老鼠當作外群，就顯示出人類和黑猩猩自共同祖先演化到分家之後，各自累積的差異。分析的結果顯示，人類和黑猩猩分家後，有約1千5百多個基因受到了選擇的影響。GeneFacts人類基因體的大小:3.4billionbasepairs(bp)人類的基因數目:~30,000實驗室常用的大、小鼠的基因體據估有3萬個基因。另一實驗室常用生物的線蟲（C.elegans），其基因總數約有1萬9千個，而果蠅則有約1萬3千個。小型開花植物阿拉伯芥（Arabidopsis）的2萬7千個基因搞不好就比人類的還多。基因序列的長度可達數千以上-平均:~3,000bp大約只有5%的人類基因體含有基因大部份基因體的功能目前尚未明瞭Chromosome:1

Chromosome:4第一個完整中國人基因組圖譜繪製完成

2007-10-1119:05:53來源:新華社(北京)中國科學家2007年10月11日對外宣佈，他們已經成功繪製完成第一個完整中國人基因組圖譜(又稱“炎黃一號”)，這也是第一個亞洲人全基因序列圖譜。黑猩猩基因定序台灣有成2004/5/28在解開人類第四對染色體鹼基定序、靈芝基因定序之後，國內基因研究再度締造了傲人記錄，台灣團隊兩年前加入了國際定序團隊，在「基因體醫學國家型科技計畫」的經費支持下，順利完成了世界首例精確定序的「非人類」靈長類物種染色體—黑猩猩第22號染色體定序，正確率高達99.998%。

這項研究係由國家衛生研究院與陽明大學所組成的基因定序團隊執行，歷經兩年多終於完成了黑猩猩第22號染色體3330萬個鹼基的定序及比較分析黑猩猩是和人類最接近的哺乳類動物，兩者基因差異只有1.5%，大腦認知功能也最接近，而黑猩猩第22號染色體與人類第21號染色體相當，這項研究結果將有助於釐清人類阿茲海默氏症、帕金森氏症等腦部退化疾病的致病機轉。下一步研究人員將透過基因解碼找出致病基因，並對人類生理及行為特徵形成的相關研究，提供先驅指標。國衛院表示，這項成果對於人類的進化演變，更帶來了突破上的進展，先找出人猿演化成人類的分歧點，破解人類演化之謎。BenefitsofHGPResearch

MedicalBenefits改善疾病的診斷早期偵測疾病的傾向設計合理的藥劑基因治療及藥物控制系統個人專屬基因體藥物器官移植Glu;GAGVal:GUGgenetherapyBenefitsofHGPResearch

MicrobialGenomeResearch新的生質能源(biofuels)生質能源(Biofuels)是指以生物質為載體的能源，直接或間接地源於植物的光合作用，例如乾草、渣滓、牛糞等等。不同於石油、煤炭、核能等傳統燃料，這新興的生物燃料是種可再生燃料。另一種定義是至少80％的體積，由10年內生產的有機活體物質所提煉出的燃料。環境偵測污染物對生物及化學武器危害的保護安全有效地清楚廢棄物BenefitsofHGPResearch

DNAForensics在犯罪現場鑑定嫌疑犯恢復被冤屈者之清白鑑定罪案或災難受害者之身份親子鑑定或譜系關係揪出不認帳的爸爸協助有關單位鑑定瀕臨絕種及保育類生物(將盜捕者繩之以法)BenefitsofHGPResearch

DNAForensics–cont.鑑定可能造成空氣、水、土壤和食品污染的細菌或微生物進行器官移植時，協助器官捐贈和受贈者之間配對在進行動植物育種時，協助譜系之建立協助鑑定諸如魚子醬和紅酒等貴重食品之種類狗毛ＤＮＡ破珠寶竊案〔記者蔡彰盛／新竹報導〕比對狗毛上的DNA，偵破珠寶竊盜案！新竹市一戶劉姓人家珠寶日前被偷，警方在珠寶盒上找到狗毛，由DNA比對出與住同棟大樓竊盜前科犯所養的狗相同，證明竊嫌與狗到過現場，全案也因而偵破。外出遭闖空門首飾不翼飛日前劉姓男子和家人外出剛回家，發現被闖空門，臥室內的珠寶盒有被人翻動過的痕跡，裡面價值數萬元的首飾不翼而飛，立即報警偵辦。警方鑑識人員趕到現場，初步並未在劉家與珠寶盒發現可疑指紋，然而鑑識人員卻細心地發現盒上有幾根白色的毛，因此將其採集下來，以顯微鏡初步觀察發現是狗毛。沒養狗卻留毛鎖定賊留下然而劉家並未養狗，且警方在劉家其他地方都沒有找到狗毛，調查得知，整棟大樓與附近只有樓上一戶住家有養一隻馬爾濟斯，其狗毛也是白色，警方再對狗主人陳姓男子深入調查背景，發現他居然有多次住宅竊盜前科。警方前往陳家瞭解，陳某聲稱對於一樓所發生的竊案毫不知情，且他不認識被害人，更不曾去過劉家，他也說不會放狗兒獨自亂跑。警方便要求將其愛犬的毛提供給警方比對參考。警方將DNA送交調查局比對，結果證實被害人珠寶盒上的狗毛，與陳家的狗毛是屬於同一隻狗身上所有，也就是說，兩者DNA比對相符。比對狗毛相符證狗主是賊儘管陳某矢口否認涉案，但警方認為，他顯然是抱著馬爾濟斯假裝遛狗，實際上卻趁機作案，以致狗毛沾到珠寶盒而不自知，最後還因此露餡，全案依竊盜罪嫌函送新竹檢方偵辦。

一顆荔枝DNA也能破命案記者林慶川／專訪調查局科技鑑識處技正蒲長恩說，不僅憑一根狗毛可以鑑定是那一隻狗掉的，國外甚至還有單憑比對胃中尚未消化的一顆荔枝的DNA，破了一起重大兇殺案。蒲長恩說，只要由狗毛中抽取出DNA，與狗兒所屬DNA比對、分析後，若型別相同即可確定，準確度也相當高。他舉了一個例子，有婦人狗兒走失重金懸賞，有一人送來一隻同型的狗兒，婦人覺得怪怪的，找出家中以前愛犬遺留的狗毛送調查局比對DNA，才發現是有人為領賞金，抱了一條冒牌貨領賞。蒲長恩說，植物DNA鑑識也是相同的道理，國外曾有一個有名的案子，有一名男子被人殺死，法醫相驗後，在他胃中找到一顆未完全消化的荔枝，警方採集DNA比對，赫然發現此荔枝是從死者友人的荔枝園某棵荔枝樹採下。警方深入調查才得知，案發當天，死者前往友人家聊天，友人請他吃荔枝後，再趁機下毒手，之後將屍體移往別處棄屍。婦人遇害棄屍靠貓毛揪兇〔記者蔡彰盛／竹市報導〕新竹傳出比對狗毛偵破住宅竊案，事實上比對動物毛皮DNA而偵破的刑案在國際上也不多見，每每只要發生，總是令刑事鑑識人員矚目。目前任職於新竹市警局鑑識課的李承龍博士，也是國際鑑識專家李昌鈺的得意門生，李承龍表示，通常鑑識人員在現場找尋蒐集的證據是人類的DNA，如果這方面證據不夠的話，「非人類DNA」也能作為間接證據。他表示，由於鑑識科學的發達，目前對於「非人類DNA」的比對技術已經相對提昇，他的博士論文就是研究番茄被人吃進肚子後，胃中殘留的番茄種子DNA是否會被破壞，是否仍能作為比對之用？李承龍說，國際間因比對動物毛皮DNA進而破案的最有名案例，發生於1994年的加拿大。當時一名婦人被發現遭棄屍荒郊，警方在一旁沾血的外套中，發現不明毛髮，後來證實是貓毛。由於被害人不養貓，警方轉而懷疑死者先生，但他也沒有養貓，後來意外查出，死者先生的雙親養了一隻名叫「小雪球」的白貓，且比對出現場貓毛就是「小雪球」身上的毛，確定死者生前曾到先生的雙親家，全案因而偵破。

BenefitsofHGPResearch

AgricultureandLivestock抗病、抗蟲、抗旱作物之育種培育更健康、多產和抗病之家畜培育更營養之產品生物農藥在食物中溶入食用疫苗培養新的對清除環境污染有用的植物biopesticides

蘇力菌(Bti)歐盟發現在從美國進口的玉米中混入了Bt10轉殖基因玉米。科學家們擔心這種轉殖基因玉米可能導致人對抗生素氨比西林產生抗藥性。GMmosquitoBenefitsofHGPResearch

EvolutionandHumanMigration以生殖細胞基因突變率來研究譜系演化以母系遺傳來研究族群之遷移以Y染色體的突變來追蹤族群遷移路線比較突變在各時期族群演化的分岐點來判斷演化歷史發生的事件BenefitsofHGPResearch

RiskAssessment評估不同劑量之幅射暴露對人體造成的傷害和風險評估致突變化學物質和致癌毒素對人體造成的傷害和風險降低遺傳突變之機率Ethical,Legal,andSocialIssues

能源部(DOE)和國家衛生研究院(NIH)從人類引基因體計畫(HGP)預算中提撥3%到5%的經費用於與基因有關的倫理、法律和社會議題(ELSI)的研究。這個世界最大的生物倫理學(bioethics)的研究計畫將成為未來全世界研究ELSI的模式。Ethical,Legal,andSocialImplicationsofHGPResearch基因資訊使用的公平性(fairness)隱私權(privacy)和機密性(confidentiality)心理衝擊和污名化問題基因檢測生殖議題教育、標準化及品質管制商品化問題觀念性及哲學意涵ELSI:FairnessandPrivacy誰有權使用基因資訊?基因資訊應如何使用?誰應該擁有及管理這些資訊?可能的擁有者:-保險業，雇主，法院，學校，領養仲介業，軍隊等ELSI:Commercialization基因財產權問題(propertyrights)基因專利，版權及商業機密基因資料及材料之可存取性MonsantoVS.ShmeiserELSI:PsychologicalStigmatization當知道自己有某種疾病傾向時，心理會有什麼影響?他的朋友和家人會對他有什麼看法?社會對他的觀感有何影響?ELSI:ReproductiveIssues告知同意(informedconsent)的程序以基因資訊做決定之參考生產權問題告知同意權傳統的告知同意對象為病人為疾病治療針對個人在醫院內進行容易解釋為治療目的只適用一次短期的非營利後基因體時代之告知同意對象不一定是病患為DNA資料庫之蒐集針對家族或族群在任何地方較難解說為研究目的多次使用長程的可能有商業利益l(?)ELSI:ClinicalIssues對保健服務業，病患和一般大眾之教育建立基因檢測及品質管制之標準程序ELSI:ConceptualandPhilosophicalImplications人類的責任感(humanresponsibility)自由意志(freewill)或基因決定論(geneticdeterminism)疾病與健康的觀念科學種族主義探討基因與行為相關聯性,引發許多激烈的政治論戰天性與教養在人類行為上的相對意義??行為的文化動力犧牲天