Transcript 1334例會附件~基因科技與健康

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基因科技與健康
黃憲達 教授/系主任
國立交通大學 生物科技系
一些常聽到的名詞
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•
•
DNA
家族遺傳
細菌
腸道細菌
益生菌
•
•
•
•
•
•
•
•
•
免疫系統
發炎
癌症
代謝症候群
• 網路
• 雲端運算
• 個人化醫療
基因
基因檢測
基因與疾病
藥物與副作用
抗老化
2
人類的遺傳物質是DNA
• 親緣鑑定用的就是DNA
• 裝載著人體裡的遺傳信息
• DNA 的物理結構為 DNA雙螺旋
DNA = Deoxyribonucleic acid
= 去氧核醣核酸
一個細胞含有31億個鹼基
四種核苷酸-A, T, C, G
什麼是基因?
人體的組織由1014的
細胞組成
每個細胞核中
有著相同數量
成對的染色體
成對的染色體分別
來自父親與母親
每條染色體由一條DNA分子
組成，而基因則是DNA中具
有功能的某個片段
4
單核苷酸多態性
Single Nucleotide Polymorphism (SNP)
•
•
•
•
人體 DNA 點位三十億
百萬點位在人與人之間不同,猶如遺傳字謎
遺傳字謎讓每個人獨特
胖瘦高矮均與先天遺傳體質有關
5
基因與疾病
• 人與人之間DNA序列的相似度高達99.6%
• 基因DNA序列上，關鍵位點上的差異造成不同
的性狀，甚至是對疾病的易感性及藥物的代謝
反應
ATTGCAA T CCGTGGATC G AG A CCATACGATTGCAG… A的基因
ATTGCAA G CCGTGGATC T AG A CCATACGATTGCAG… B的基因
ATTGCAA G CCGTGGATC G AG C CCATACGATTGCAG… C的基因
SNPs
單核苷酸多型性
6
全基因組關聯研究
(Genome-wide Association Studies)
•
•
正常人
患者
患者的DNA
正常人的DNA
患者與正常人
疾病特異SNPs
以生物晶片偵測出特異SNP
進行再現性研究
縮小SNP範圍
試驗研究
正常SNPs
再現型研究一
比較兩者差異，得到與疾
病相關的單核苷酸多型性
位點(SNP sites)。
再現型研究二
功能分析
心肌梗塞基因檢測之基因型標記(舉例)
基因
種族
研究人數
參考文獻
FGB
中國人
1,011
Chinese medical journal
LTA
日本人
2,005
Nature Genetics
PSMA6SCAP
中國人
4,527
Atherosclerosis
SDF-1
中國人
1,092
Molecular Biology Reports
KDR
中國人
994
J Am Coll Cardiol
CYP2J2
中國人
880
Cell Biochemistry and Function
CD14
亞洲族群
3,009
Genet Med
(中國人、日本人)
CDNK2B
中國人
849
BRAP
台灣人
1,343
Nature Genetics
亞洲族群
6,666
Human Genetics
MKL1
Clin Biochem.
(韓國人、日本人)
C6orf105
中國人
7,593
Nature Genetics
1q41.1547
日本人
3,012
Circulation Journal
超過50項基因檢測項目已研發成功
基因與老化
• 影響細胞老化的最主要因素在於「基因」
而不是這些外來的物質。每顆細胞可以在
人體內可以存活多久，這些時程表早就已
經設定在基因密碼裡面，想改也改不了。
• 人體細胞染色體尾端有一小段基因叫端粒
(telomere)，會限制細胞分裂的次數，隨
著端粒消耗變少，細胞分裂增生的速度也
會變慢，直到完全停止。
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啟動長壽基因
• 老化其實只是身體正常維修機制漸漸衰弱，
最後身體磨損的結果
• 生物能夠因應環境變化，利用能量來保護
和修復自己，因此生物系統的衰老並非不
可動搖
節錄自《科學人》─【啟動長壽基因】
11
啟動長壽基因
• 限制熱量與延長壽命
– 在限制飲食下，不僅可以活得較久，而且也遠
比一般動物健康，同時可以避免罹患癌症、糖
尿病、甚至神經退化疾病等大多數老年疾病
– 當酵母菌細胞內加入一個額外的SIR2基因，細
胞壽命則增長30%
– 觀察到讓壽命延長的生物性壓力會增加Sir2活
性的現象
節錄自《科學人》─【啟動長壽基因】
12
新聞: Cisd2基因 藏有長壽密碼
台灣研究發現，少了Cisd2
基因的老鼠會出現早衰現象
資料來源：自由電子報
13
抗老化從疾病預防開始…
疾病預防從了解您的DNA開始…
了解DNA從基因檢測開始…
基因檢測領導者–
國立交通大學 生物資訊研究所
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科學與基因檢測
2003年
人類基因體定序完成
交通大學
技術授權
基因檢測發展
解碼基因資訊
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基因遺傳
顯性基因
父(受影響)
隱性基因
母(未受影響)
子女4
子女1
子女2
子女3
(受影響) (未受影響) (未受影響) (受影響)
父
(攜帶者)
子女1
(未受影響)
母
(攜帶者)
子女2
(攜帶者)
子女3
(攜帶者)
子女4
(受影響)
基因檢測與健康
症狀
血糖值時而標準、
時而偏高
基因檢測
經過檢測發現
糖尿病的風險高
小心，您可能正身在
糖尿病高危險群中。
基因檢測可讓您更了
解自己。
預防勝於治療
改變飲食方式，注意血
糖波動並改善生活方式
基因檢測與家族健康
舉例來說 - 大腸癌的SNP
相對風險值
經過比對SNP marker後，將疾病風險率
相乘，得知檢測者罹患大腸癌的風險性比
一般人高出3.07倍
相乘
基因組盛行率
台灣地區
大腸癌盛行率
您的基因組
盛行率
總人口盛行率 X 相對風險值 = 基因組盛行率
如果我是高風險基因型？
 後天行為也會影響疾病發生
 定期檢查、飲食控制、適當運動
 若有輕微症狀，立即尋求醫療協助
 善用醫療保險，早一步做好生涯規劃
如果我是低風險基因型？
 罹病風險性較小，但不可輕忽
 後天行為也可能導致疾病發生
飲食控制、適當運動不能少
以心肌梗塞為例
•
•
收集心肌梗塞患者DNA與
健康者DNA
實驗總樣本人數大於100人
•
•
以生物晶片偵測出心肌
梗塞之特異SNP
進行再現性研究
•
•
得到心肌梗塞之特異SNP
偵測特異SNP以預測風險
以生物晶片技術偵測個人DNA (SNP)點位
=> 實現個人化預防醫學
運用基因檢測，讓生活更健康
基因檢測結果，特定疾病風險偏高
改善生活習慣，定期健康檢查
預測疾病風險，營造健康生活
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如何計算基因檢測的準確度?
針對胰臟癌的案件(風險值為0.76)，經由統析分析
評估後，要看綠色的線 , 以及上方的數值
• 真正不會得病的人,有90% 被檢測為低風險
• 真正會得病的人,有52.7% 被檢測為高風險
每個疾病的數值略為不同，與所收集的SNP markers 及數量有關
Real condition
Test
result
TRUE
FALSE
Test
Positive
TRUE
Positive
FALSE
Positive
Type I error (α)
= FP/(TP+FP)
Test
Negative
FALSE
Negative
TRUE
Negative
Type II error (β)
= FN/(FN+TN)
Sensitivity
= TP/(TP+FN)
Specificity
= TN/(FP+TN)
基因檢測與健康
• 飲食均衡、腸道健康、規律運動，還要保
持好心情、多笑，才是達到「不老」境界
的不二法門。
• 個人化醫療時代已來臨
• 個人化預防醫學時代已來臨
• 個人化預防醫學已上雲端
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腸道細菌與健康
腸道中的細菌是我們養的寵物
有對健康有益的寵物，
亦有對健康有害的寵物
腸道細菌與人體健康之關係
• 幾乎所有的成人疾病，包括糖尿病、高血壓、心
血管疾病、老年失智，甚至肥胖、憂鬱症…等，
都與腸道健康密切相關
生活習慣、環境壓力
飲食
飲食
腸道菌相、腸道環境
運動
運動
腸道毒素
規律
舒壓
發炎
免疫
代謝症候群
規律
舒壓
成人慢性疾病、癌症
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腸道菌相與人體健康之關係
• 破壞腸道菌相的主因
– 現代社會為求便利、美味，飲食中常見許多化
學添加物
– 當我們吃進過多的加工食品
– 上生活型態改變、工作壓力升高
• 腸道好菌一旦減少，壞菌變伺機而起，不
僅影響腸道健康，更會危及全人健康
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會思考，有情緒的第二大腦
• 醫學研究發現腸道與大腦，腸道與精神疾
病有著不可思議的關聯
– 憂鬱、焦躁、精神分裂症、自閉症、強迫症
• 腸道不但是消化器官，也是大腦以外，最
為複雜的神經系統，有多達一億以上的神
經細胞分布在腸道
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腸道是消化器官亦是免疫器官
• 無數由口腔清入的病菌、毒物，以及腸道
原本就存在的壞菌軍團，都想伺機侵入人
體
• 有七成以上的免疫細胞，如巨噬細胞、T細
胞、NK細胞、B細胞…等，集中在腸道，有
七成以上的免疫球蛋白A，由腸道製造，而
且用來保護腸道
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腸道菌相失衡 - 腸衰老
腸道健康
疾病與衰老
營養吸收
肥胖
抗感染
代謝症候群
無需禁口
糖尿病
器官健康
易受細菌感染
自然老化
大腸癌
腸躁症
資料來源
33
腸道保水能力與易衰老體質
胃腸好,不易老
腸道菌相失衡
– 腹瀉便秘
– 體內保水能力不佳
– 嚴重衰老
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http://www.taishiunn.com/energyspa/6/6.htm
腸道菌相與年齡之關係
比菲德氏菌下降
Mitsuoka (2006) http://biogenics.jp/therapye01.html
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從腸道健康到抗老化
腸命 = 壽命
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腸道年齡自我評估表
*資料來源
日本理化學研究所微生物機能分析室室長 辨野義已博士的腸道年齡評估表增修版
檢測結果如下：
圈選 0 項 腸道年齡比實際年齡年輕，為理想健康的腸道狀態
圈選 4 項以下 ＝實際年齡+5歲，腸道年齡比實際年齡稍高一點，要注意腸道健康。
圈選 5-10 項 ＝實際年齡+10歲，腸道已有老化情況，需要注意飲食及作息之正常。
圈選 11-15 項 ＝實際年齡+20歲，腸道已老化走下坡，必須徹底改變飲食生活習慣。
圈選 16 個以上 ＝實際年齡+30歲，腸道健康狀況非常糟糕，請立刻尋求專業人員協助。
與腸道細菌相關疾病
•
•
•
•
•
•
•
•
•
老化
代謝症候群
潰瘍性結腸炎
青春痘
過敏
免疫機能低下
飲食攝取習慣
憂鬱症
自閉症
•
•
•
•
•
•
•
肥胖
糖尿病
大腸癌
腸躁症
心臟病
便祕
克羅恩病
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代謝症候群與腸道細菌有關
39
肥胖與腸道細菌有關
• 肥胖症是一種慢性病，據世界衛生組織估計，是人類目前
面臨最容易被忽視，但發病率卻在急劇上升的一種疾病
• 國際期刊Nature研究指出腸胃道中的厚壁菌門 (Firmicutes )
及擬桿菌門(Bacteroidetes)與肥胖症有關
40
大腸癌與腸道細菌有關
若五十歲以上民眾有不明原因貧
血，應該要檢查消化道、胃、小
腸等器官。
李登輝先生大腸癌的病灶發生在右
側結腸，此處的糞便不成形且患者
多半不會有症狀，但通常會有貧血
現象
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大腸癌與腸道細菌有關
大腸癌
台灣衛生署公布最新的癌症登記報告，報告顯示，台灣大約每7分鐘就有1
人罹癌，其中罹患大腸癌的人數最多，其次是肝癌、肺癌、乳腺癌與口腔
癌，而且男性癌症發生率更是女性的1.4倍。
國際期刊Appl Environ Microbiol. 指出腸胃道的細菌組成分布與大腸癌有關，
研究中利用不同人種及患有大腸癌的病患做比較，來探討其腸胃道中的細
菌分布。
國際期刊lancet亦指出Bacteroides及Clostridium等細菌與大腸中的瘤之生長
速率有關，而腸胃中的Lactobacillus及Bifidobacteria等細菌則能防止瘤的生
成。
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過敏體質與腸道細菌有關
Now
過敏
腸胃道中的細菌分布
幼兒發展
Future?
過敏是屬於炎症反應，是指當一些外來物侵入人體時，人體的免疫系統產生的
過度反應。過敏體質的產生與幼兒發展時的飲食及生活環境息息相關。
國際期刊Journal of Allergy and Clinical Immunology指出腸胃道中的細菌分布影
響幼兒階段的體質發展進而影響成長後的過敏體質；其中C. difficile及S. aureus
等細菌量較高時容易造成過敏體質的發展；而腸胃道中含有Bacteroides及
Bifidobacteria等細菌時則較不容易發生過敏。
科學家指出，幼兒期腸胃道中某些特定細菌含量的多寡與日後是否發展成過敏
體質相關，故幼兒期若能注意並檢測腸胃道中的細菌分布，早期針對狀況改善
飲食及生活環境，將能使幼兒得到較健康的發展。
43
自閉症與腸道細菌有關
• 絕大多數自閉症兒童，都有明顯腸道發炎
現象，他們的腸道壞菌與正常兒童不太相
同
• 神經學專家-麥克布萊德 (Campbell McBride)
讓自己久治不癒的自閉症小孩服用益生菌，
腸道調理好了，自閉症竟然也不藥而癒
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憂鬱症與腸道細菌有關
• 提到憂鬱症，一定會想到血清素(serotonin)，
它常被稱為大腦中的幸福分子
• 血清素主要是由腹腦所分泌，它作用在腸
道，促進腸道蠕動，也作用在大腦，調節
情緒、睡眠、食慾，與學習記憶也有關係
• 腹腦與大腦關係密切，同樣的，腸道與心
裡互相影響
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為什麼要檢測腸道菌相?
為
什
麼
總
是
比
較
容
易
拉
肚
子
??
為什麼其他人比較健康?
為什麼比較容易發胖?
是
腸
胃
道
中
的
細
菌
組
成
分
布
不
同
嗎
??
46
腸道健康，腸保健康
了解自己的腸道菌相，洞悉健康傾向
改進生活習慣與飲食狀況
腸道菌相改善，邁向健康生活
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已研發腸道菌相檢測技術
High-throughput
DNA sequencing
Sample collection
16s rRNA sequences
Who is out
there?
What are they
doing?
48
腸道菌相
(24 人)
腸內壞菌過多
飲食注重植物纖維
(Plant Fibers)攝取
飲食注重油脂(Fat)
攝取 (吃比較油)
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腸道菌相圖譜之妙用
好菌類, 3.50%
壞菌類, 35%
中立菌類,
61.50%
• 取得與疾病相關之腸道菌相 => 預防
• 細菌感染偵測 => 診斷
• 益生菌是否形成聚落 => 個人化益生
菌之選擇
• 飲食習慣模式測定 => 擬定營養方針
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• 體況判斷
• 圓圈圖
– 好菌 > 壞菌
– 壞菌 > 好菌
• 飲食型態
– 油多? 油少?
細菌性疾病風險
• View 過去 , 風險高者進
入疾病章節細看
• 若客戶便秘 , 但又低風
險 , 以 “非細菌性便祕”
解套
檢測醫院常檢測的菌種12株病原菌
伺機感染 (常存體內) : 4株
飲食汙染 (某些也常存體內) : 8株
檢測可以補充的益生菌列表 (31株)
(溫和的 solution) : 要吃益生菌 , 就要針對不足的吃!
• 益生菌的好處列表
– 功能很多 , 多吃無害
• 整體偏油? 偏清淡?
• 究竟是哪株菌出問題?
– 食肉菌偏多? (類桿菌屬)
– 食菜菌偏少? (普氏菌屬)
• 搭配附件的飲食調整表使用
運用基因檢測，讓生活更健康
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市面上產品比較
康健基因
男女十大癌症、
心血管及代謝症
候群等40項疾病
風險評估
A公司
心血管疾病、
代謝症候群等
疾病風險
B公司
C公司
癌症、心血管 心血管疾病、
疾病、糖尿病、新陳代謝基因
阿茲海默症等 檢測、罹癌體
質檢測等
數量
42項
11項
5項
13項
單一疾病偵測
點位
檢測技術
平均大於5個
平均3個
未公開
平均4個
美商Illumina生
物晶片技術
傳統PCR
台製技術
傳統PCR
分析技術
交通大學技術授
權
-
-
-
檢測對象
針對華人
針對華人
針對華人
無特定族群
系統資料更新
定期更新
-
-
-
檢測項目
基因檢測之功用
一般檢測
基因檢測
用來判斷疾病，例如由血
液中的血糖值來判斷是否
罹患糖尿病
檢定個人的基因型，比對
全球基因資料庫，預測罹
患疾病風險。
隨著時間、環境產生波動
基因在一出生就已經確定
依據醫生個人經驗或知識
來斷定結果，或是在檢測
期間內還未有症狀而產生
延誤病情
基因檢測是預測罹病風險
性，而非診斷疾病，可以
提早了解即將面臨的風險
疾病診斷
疾病預測
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一般健檢
尚發 健結正
未病 檢果常
出
現
症
狀
診
斷
疾 治
病 療
生活作息照常
(熬夜、抽菸、喝酒、飲食不正常、壓力)
基因檢測
尚
未
發
病
基風
因險
檢偏
測高
身狀好
體況轉
適度調整生活作息
(飲食均衡、避免熬夜、運動習慣、定期健檢)
基因檢測，帶給全家族更健康的生活
我的病不知道會不會遺傳，
我的兒女們會不會有風險？
父親有了大腸癌，
那麼我的罹病風險？
該如何調整現在的生活方式？
基因檢測，讓您的
家族連結更緊密
該給孩子怎樣的生活環境？
從小開始建立健康生活。
基因檢測，帶給全家族更健康的生活
我的基因可以幫
助下一代預防疾
病的發生
建立家族基因資
料庫，了解更多
相關資訊
基因檢測讓我更
了解全家人身體
健康狀況
追蹤家族基因，讓您的下一
代有更健康美好的生活
DNA = 傳家寶
由全家人一
同攜手打造健
康生活
我們的基因,在雲端
基因風險+ 疾病知識
63
結語
• 飲食均衡、腸道健康、規律運動，還要保
持好心情、多笑，才是達到「不老」境界
的不二法門。
•
•
•
•
個人化醫療時代已來臨
個人化預防醫學時代已來臨
個人化預防醫學已上雲端
腸道菌相檢測將成為健康檢查必要項目
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