111地特四等衛生技術

生物技術學概要

申論題

《考題難易》：★★★★
《解題關鍵》：此題之前只會在研究所分子生物或學校的分子生物考題出現，從不會出現在國考中，這次算是蠻冷門的。
1928~1950年代，去氧核糖核酸(DNA)是遺傳物質的直接證據有以下三點。
  1. 1928年Frederick Griffith利用肺炎雙球菌研究基因轉形 (genetic transformation) 。
    是指活的細菌可以藉由已死細菌的遺傳物質而獲得遺傳性質的作用。
    肺炎雙球菌有兩種。一種是可以引致肺炎，具有莢膜及菌落外貌平滑，另一種不能引致肺炎，沒有莢膜菌落外貌粗糙。
    1928年，Griffith把已煮死了有致病力的莢膜肺炎雙球菌和活的沒有致病力沒有莢膜的肺炎雙球菌混合，再注射到活老鼠體內。幾天後，老鼠死於肺炎。隨後Griffith在死老鼠體內找到有莢膜的肺炎雙球菌。Griffith總結認為這 實驗證明了一種可轉化的因素從已煮死的帶莢膜細菌轉移到沒有莢膜的細菌， 使這原本沒有莢膜的細菌產生莢膜，最終導致老鼠感染肺炎致死。
  2. 1944年Oswald Avery, C.M. Macleod & M.M. Carty直接證明Griffith使肺炎雙球菌轉形的物質是DNA。他們分別萃取肺炎雙球菌的各別組成份包括核酸DNA、蛋白質、糖類、脂肪等，分別加入無毒的沒有莢膜的R-型肺炎雙球菌，發現只有DNA，會使沒有莢膜的細菌產生莢膜，最終導致老鼠感染肺炎致死。
  3. 1952年Alfred Hershey & Martha Chase ，使用T2 噬菌體(bacteriophage)作研究。在實驗中使用兩種T2 噬菌體，一種由 35S使得其蛋白質外殼帶放射性，另一種則由 32P使其核酸帶有放射性。
    噬菌體是一種專門感染細菌的小型病毒，擁有以蛋白質組成的外殼，這些外殼將遺傳物質包覆其中。當噬菌體感染細菌時，會將其遺傳物質導入並遺留在細菌體內，而外殼則維持不變，並脫離細菌。
    一項實驗中，Hershey & Chase將T2噬菌體培養在含有32P（磷的放射性同位素）的培養基中，使這些噬菌體體內的DNA含有放射性元素（磷存在於DNA中）。接著將噬菌體用來感染細菌，再將細菌與噬菌體外殼利用離心機分離。最後發現放射性元素存在於受感染的細菌體內。
    另一項實驗中，研究者將噬菌體培養在含有35S（硫的放射性同位素）的培養基中，使這些噬菌體體內的蛋白質含有放射性元素（硫存在於蛋白質中）接著將噬菌體用來感染細菌，再將細菌與噬菌體利用離心機分離。最後發現放射性元素存在於噬菌體外殼中。
    其他的間接證明，如遺傳物質是必須可以傳遞到下一代。
《考題難易》：★★★
《解題關鍵》：知道寫出人類乳突病毒HPV，再知道這是雙股螺旋DNA病毒，知道它們可以用疫苗預防，就可以得高分。屬於醫學生物技術產業。
HPV（Human Papillomavirus）中文名稱為人類乳頭狀瘤病毒，屬於乳頭瘤病毒科，是一種小分子無被膜包被的環狀雙鏈DNA 病毒，基因組長約8,000 bp ，病毒是最常見的病毒之一，任何曾有性生活的男性或女性均有機會感染，大多數患者感染後並沒有任何症狀。HPV一組超過一百種不同基因型的病毒，而當中的四十多種會入侵人類的生殖器官而令其受感染，導致不同的健康問題。HPV 除了是引致子宮頸癌的主因外，亦有機會引起其他生殖器官的癌症。任何曾有性經驗的人士都有機會受 HPV 病毒感染，但大多數人受感染後沒有任何症狀，甚至不藥而癒，因此容易被忽視。
常見 HPV 病毒包括HPV6、11、16、18、31、33、45、52 及 58 型，當中又可分為「低危型」及「高危型」（致癌）：
  1. 低危型HPV：如HPV第6型及第 11 型，可導致生殖器官濕疣（俗稱椰菜花）或細胞低度病變，但有導致子宮頸癌的機會較低。
  2. 高危型HPV：包括 HPV 第16型及第18型，是導致子宮頸癌的「元凶」，超過7成的子宮頸癌是由這類型的病毒導致，一般來說，此類病毒可被身體的免疫系統消滅，然而感染後，若未能及時受控，長久會破壞子宮頸細胞，病變的細胞再變成癌細胞，最终會演變成子宮頸癌。
  3. HPV病毒顆粒的分子結構：
    HPV外殼蛋白質是由360個L1蛋白，以及約12個L2蛋白所構成，加上包覆在其內的環狀雙股病毒DNA，就形成一個結構完整，具感染力，直徑約55奈米 的病毒顆粒。HPV不具包膜，因此不像水痘、帶狀疱疹、麻疹病毒等會因包膜受損而失去活性，反而對外在環境有極高的抗性。
  4. HPV病毒基因體特性
    HPV18基因約有8,000個鹼基對。早發性蛋白由6個已知功能的基因片段 （E1、E2、E4、E5、E6及E7）所組成，負責調控病毒的複製、轉錄及細胞的癌化過程。晚發性蛋白包含L1及L2，是HPV外殼的主要成分。
    HPV基因組分為3個功能區，即早期轉錄區（E區）、晚期轉錄區（L區）和非轉錄區（URR或長控制區LCR）。
    HPV GENOME
  5. 主要感染部位：
    HPV 病毒主要傳染途徑是透過性交感染，少數是經由非性接觸或間接經物件，如門柄或扶手柄等而傳染。另外，如皮膚或生殖器官接觸附有 HPV 病毒的物件，亦有可能受感染。
    1. 性接觸如性交、肛交和口交。
    2. 孕婦有機會在分娩期間把HPV病毒傳染給嬰兒。
    3. 透過接觸皮膚傷口、黏膜或體液而感染。
    4. 外部生殖器官接觸HPV附著的公共設施例如溫泉、泳池等。
  6. 疫苗特性及製備：
    施打 HPV 疫苗是預防 HPV 最有效且積極的方式，但施打疫苗後，有性行為的女性仍需定期接受子宮頸抹片檢查。子宮頸癌疫苗，即是人類乳突病毒的預防型疫苖，主要以「類病毒顆粒」 (Virus-Like Particle) 組成，「類病毒顆粒」是由病毒外鞘膜(virus capsule) 所組成的無感染性小顆粒。由於此疫苗沒有完整的病毒顆粒，接種此子宮頸癌疫苗是不會感染人類乳突瘤病毒。
    1. 二價HPV疫苗：16, 18型。
    2. 四價HPV疫苗：16, 18, 6, 11型。四價人類乳突病毒類病毒顆粒疫苗(Human Papillomavirus Virus-Like Particle vaccine; HPV VLP vaccine) 是一種無菌的液態懸液劑，是將第6、11、16及第18型人類乳突病毒之主要外鞘蛋白(L1)所形成的類病毒微粒(Virus-Like Particles; VLPs)予以高度純化後製備而得。L1蛋白是分別以基因重組酵母菌Saccharomyces cerevisiae CANADE 3C-5（菌株 1895）發酵產生，並且自行組裝成VLPs。再將純化後的VLPs吸附於含鋁佐劑(非晶形羥基磷酸鋁硫酸鹽)上。此四價HPV VLP疫苗乃是一種由已吸附佐劑的各型HPV VLPs、含鋁佐劑配方及緩衝溶液製備而成。
    3. 九價HPV疫苗: 16, 18, 6, 11, 31, 33, 45, 52, 58型。
      HPV疫苗預期可降低65-70% 罹患子宮頸癌的風險，及預防罹患外陰癌與陰道癌。預期可降低90%俗稱菜花的生殖器疣。預期可降低97%的HPV-16、18感染。
《考題難易》：★★★★
《解題關鍵》：此題是醫藥產業抗體藥物的生技考題，考題很新，2021年全球抗體藥物的排行，應用於醫學生技產業。
2021年全球銷售最好的是輝瑞與BioNTech聯合開發的mRNA新冠疫苗Comirnaty，2021年銷售額367.81億美元，不是抗體藥物。
因此，2021年銷售金額最大而且已經普遍使用於臨床病人身上的二種主要抗體藥物為(1) Humira (adalimumab)207億美元及(2) Keytruda 177億美元。
  1. 2021全球銷售超過207億美元的藥王「Humira」（復邁注射劑／單株抗體, anti-TNF mAb）。Humira是一種基因重組之人類免疫球蛋白 (IgG1)單株抗體，只含有人類胜肽序列。 Adalimumab是以噬菌體呈現技術 (phagedisplay technology)得到人類重鏈和輕鏈差異區序列，具有對人類腫瘤壞死因子(TNF)和人類IgG1重鏈和κ輕鏈序列的專一性。
    Humira藉由哺乳動物細胞表現系統的基因重組技術而製造，含有1330個胺基酸，分子量約為148 kD。Humira是以無菌、不含防腐劑的非經腸胃道的注射溶液供應。Humira的溶液清澈、無色，其pH值為5.2。每一單一劑量預充填式注射器中，含有40 mg的Humira於0.8 mL溶液 (50 mg/ mL)。Humira適用於患有中度至重度類風濕性關節炎。
  2. 銷售超過177億美元的抗癌藥物「Keytruda, anti-PD1 mAb」。
    帕博利珠單抗（Pembrolizumab，商品名Keytruda）是用於癌症免疫療法的人源化PD-1單株抗體。FDA批准該藥用於治療黑色素瘤、肺癌、頭頸癌、三陰性乳癌、霍奇金淋巴瘤和胃癌，給藥方式為靜脈注射。它是IgG4同種型抗體，通過抑制淋巴細胞的PD-1受體來阻斷癌細胞的免疫逃避機制，因而允許免疫系統破壞它們。該藥在美國被FDA批准其用於任何不可切除或轉移性實體瘤如轉移性非小細胞肺癌。
《考題難易》：★★
《解題關鍵》：此題在醫療生技產業中都有，只要知道專利到期的學名藥是什麼，身為主管的你，就會知道可以用原廠藥的專利配方去製備人類胰島素。
  1. 當原廠藥專利期一過，其他廠商也可以依照當初研發藥廠申請專利時提出的配方，發行有同樣療效的藥。這時候，這款由原廠商製作、但專利過期的藥就被稱為「原廠藥」（Brand drug）。而由其他合格藥廠以同樣成份與製程生產的藥品，就被稱為「學名藥」（Generic Drug）。 學名藥不像新藥，需要經過漫長的臨床試驗，它只需要通過2項測驗－藥物生體可用率(BA)及生體相等性(BE)，以此來證明自己具備跟原廠藥一樣的效果。
    因此，利用原胰島素基因工程製備產品，可以順利完成公司交付給你的任務。
    人類胰島素的生產
    胰島素 (Insulin) 能促進細胞攝取葡萄糖及控制血液中葡萄糖的含量。糖尿病(DM)每年都奪去不少人的性命，患者的體內不能自己製造胰島素 (type I DM)。
    1922年Leonard Thompson接受胰島素注射，成為歷史上第一個以此方法來治療糖尿病的人，亦開創了胰島素注射的使用。
    人類胰島素有A chain (21 aa)及B chain (30 aa)，共有3 -S-S-鍵。
  2. 基因工程的胰島素生產:
    1. 從胰臟抽取出人類胰島素，並將生產胰島素的基因 (Insulin-producing gene) 分離出來。或者從人類胰臟細胞的cDNA基因庫去分離純化胰島素的基因。也可以從已經接上胰島素的基因A & B鏈的質體DNA，切出A & B鏈。
    2. 以特定限制性內切酶(RE)將細菌體內的DNA質粒切割，形成質粒狀媒介vector。
    3. 將生產人類胰島素的基因插入細菌的質粒狀vector，形成重組的人類胰島素基因。
    4. 將這個重組基因利用轉形導入細菌體內，形成重組細菌 (Recombinant bacterium)。
    5. 重組細菌在發酵器 (Fermentation Tank) 內大量繁殖，並製造人類胰島素A & B鏈。
    6. 製造出來的胰島素會經過提煉和純化 (Purification) 後，讓人類胰島素A & B鏈自然形成雙硫鍵，可隨時供糖尿病病患者作注射治療。
      胰島素的合成

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