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

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一些常聽到的名詞• 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

• 基因• 基因檢測• 基因與疾病• 藥物與副作用• 抗老化

• 網路• 雲端運算• 個人化醫療

人類的遺傳物質是 DNA

DNA = Deoxyribonucleic acid = 去氧核醣核酸

• 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

一個細胞含有 31 億個鹼基

四種核苷酸 -A, T, C, G

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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

單核苷酸多態性 Single Nucleotide Polymorphism (SNP)

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• 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

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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

SNPs 單核苷酸多型性

A 的基因

B 的基因

C 的基因

ATTGCAA T CCGTGGATC G AG A CCATACGATTGCAG…

ATTGCAA G CCGTGGATC T AG A CCATACGATTGCAG…

ATTGCAA G CCGTGGATC G AG C CCATACGATTGCAG…

全基因組關聯研究(Genome-wide Association Studies)

患者 正常人

患者的 DNA 正常人的 DNA

疾病特異SNPs

正常 SNPs

患者與正常人 縮小 SNP 範圍

再現型研究一

再現型研究二

功能分析

試驗研究

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) 。

• 以生物晶片偵測出特異SNP

• 進行再現性研究

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( 中國人、日本人 )

3,009 Genet Med

CDNK2B 中國人 849 Clin Biochem.

BRAP 台灣人 1,343 Nature Genetics

MKL1 亞洲族群( 韓國人、日本人 )

6,666 Human Genetics

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

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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】

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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】

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新聞 : Cisd2 基因 藏有長壽密碼

資料來源：自由電子報

台灣研究發現，少了 Cisd2基因的老鼠會出現早衰現象

抗老化從疾病預防開始…

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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

科學與基因檢測

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2003年人類基因體定序完成

基因檢測發展解碼基因資訊

交通大學技術授權

基因遺傳

顯性基因 隱性基因父 (受影

響 )母 (未受影

響 )

子女 1(受影響 )

子女 4(受影響 )

子女 2(未受影

響 )

子女 3(未受影

響 )

父( 攜帶者 )

母( 攜帶者 )

子女 3( 攜帶者 )

子女 2( 攜帶者 )

子女 4(受影響 )

子女 1(未受影

響 )

基因檢測與健康

改變飲食方式，注意血糖波動並改善生活方式

預防勝於治療

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。

經過檢測發現糖尿病的風險高

基因檢測

血糖值時而標準、時而偏高

症狀

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

• 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

• 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

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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

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

TRUE FALSE

Test result

TestPositive

TRUEPositive

FALSEPositive

Type I error (α) = FP/(TP+FP)

TestNegative

FALSENegative

TRUENegative

Type II error (β)= FN/(FN+TN)

Sensitivity= TP/(TP+FN)

Specificity= TN/(FP+TN)

如何計算基因檢測的準確度 ?

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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

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

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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

腸道菌相、腸道環境

腸道毒素

代謝症候群

成人慢性疾病、癌症

發炎 免疫

飲食

運動

規律

舒壓

飲食

運動

規律

舒壓

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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

疾病與衰老

肥胖

代謝症候群

糖尿病

易受細菌感染

大腸癌

腸躁症

腸道健康

營養吸收

抗感染

無需禁口

器官健康

自然老化

資料來源

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腸道菌相失衡–腹瀉便秘– 體內保水能力不佳–嚴重衰老

http://www.taishiunn.com/energyspa/6/6.htm

腸道保水能力與易衰老體質胃腸好 , 不易老

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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

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。

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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

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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

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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

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。

過敏

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。

腸胃道中的細菌分布

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。

幼兒發展

Now Future?

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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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為什麼比較容易發胖 ?

為什麼要檢測腸道菌相 ?

為什麼其他人比較健康 ?

為什麼總是比較容易拉肚子??

是腸胃道中的細菌組成分布不同嗎??

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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

Sample collection

High-throughputDNA sequencing

16s rRNA sequences

Who is out there?

What are they doing?

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腸道菌相 (24 人 )

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 )

腸內壞菌過多

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腸道菌相圖譜之妙用

• 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

好菌類, 3.50%

壞菌類, 35%

中立菌類,

61.50%

• 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 A公司 B公司 C公司

檢測項目 男女十大癌症、心血管及代謝症候群等 40項疾病風險評估

心血管疾病、代謝症候群等疾病風險

癌症、心血管疾病、糖尿病、阿茲海默症等

心血管疾病、新陳代謝基因檢測、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

平均大於 5 個 平均 3 個 未公開 平均 4 個

檢測技術 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

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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 - - -

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基因檢測之功用一般檢測

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

隨著時間、環境產生波動

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

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。

基因在一出生就已經確定

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

尚未發

病 風險偏

高基因

檢測

適度調整生活作息(飲食均衡、避免熬夜、運動習慣、定期健

檢 )

好轉狀況身體

基因檢測

發病尚未 正常

結果

健檢

生活作息照常(熬夜、抽菸、喝酒、飲食不正常、壓力 )

出現症

狀 診斷疾

病

治療

一般健檢

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？

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，讓您的家族連結更緊密

基因檢測，帶給全家族更健康的生活

基因檢測讓我更了解全家人身體

健康狀況

建立家族基因資料庫，了解更多

相關資訊

由全家人一同攜手打造健

康生活

我的基因可以幫助下一代預防疾

病的發生

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

我們的基因 , 在雲端基因風險 + 疾病知識

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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