細胞

這本由約書亞．拉普波特博士撰寫的新書，透過作者廣博的知識以及深入淺出的文筆，讓即使是非科學專業背景的讀者，也能一窺快速發展的分子生物學技術以及光學顯微技術最新的進展。我自己也在分子生物學的部分學到很多新概念，受益匪淺，因此很推薦給對跨領域研究有興趣的讀者。

──台灣大學物理學系教授　朱士維

精確地傳達了細胞生物學中傳統指標背後的歷史背景，以及我們近期在透視細胞內部運作方面令人振奮的進展。

──醫學博士、英國華威大學華威醫學院微生物基因體學教授、《演化指南》作者　馬克．裴稜

細胞是對一幢建構生命的神奇大廈的概觀。約書亞．拉普波特精闢地介紹了細胞如何運作、人類如何發現細胞，以及對地球上生命的因果關係。每一頁都流露出作者對他所探討主題的熱愛。所以請仔細閱讀這本書，因為它可能會影響你！

──英國皇家科學院院士、英國伯明翰大學生物科學學院生物化學教授　史蒂夫．巴斯比

《細胞》是由一位年輕的細胞生物學家出於愛好的創作，他想要跟大家分享他所熱愛的主題。約書亞．拉普波特讓我們更清楚的意識到這個看似學術性的主題，在我們人性和未來的各個層面上是何等重要。他以一種嘲諷和娛樂的手法，把握現實生活中接觸到的每一個類比的機會，正確地闡明分子細胞生物學中尖端的概念……讓不是科學家偶爾也能夠理解複雜的觀念。約書亞．拉普波特在書中也很有技巧地避免疏遠生物學家，甚至讓他們也可以學習一些新的事實，見證本書內文中徹底、精心研究的本質。透過向讀者講述一連串引人入勝、跨越現代分子細胞生物學的誕生和各種發現的軼事，《細胞》彌合了高等教育史上最新的教科書和詞藻華麗、啟發性哲學散文之間的鴻溝，呈現一種令人愉悅的回味和比我們以前想像更重要的微觀世界。

──博士、巴黎巴斯德研究院影像科學園區研究組組長兼主任　史賓塞．梭德



推薦專文

更好的未來：從細胞、分子生物學與光學顯微技術到醫學的道德議題

臺灣大學物理學系教授　朱士維

諾貝爾獎得主Sydney Brenner 曾說：「Progress of science depends on new techniques, new discoveries and new ideas, provably in that order.」亦即若回顧科學史發展，很多時候新的技術發展，帶來新的觀測結果，從而產生新的想法與概念，因此新技術發展在科學上扮演舉足輕重的角色。這本由約書亞。拉普波特博士撰寫的新書，透過作者廣博的知識以及深入淺出的文筆，讓即使是非科學專業背景的讀者，也能一窺快速發展的分子生物學技術以及光學顯微技術最新的進展。我自己也在分子生物學的部分學到很多新概念，受益匪淺，因此很推薦給對跨領域研究有興趣的讀者。

對於沒有生物學基礎的讀者來說，本書的前半部可能會出現非常多不熟悉的專有名詞。建議讀者先嘗試看懂它們之間的關聯與主要功能即可（例如第三章作者用餐廳點餐類比DNA、RNA、蛋白質之間的關係），只要能夠瞭解細胞的大致結構以及重要分子之角色，應該就足以體會作者提及的新技術們如何對生命科學帶來革命性的改變。

但若讀者已經有細胞生物學基礎，對於第二部的內容應該很感親切。例如發現DNA 結構（第四章）、聚合酶鏈反應（PCR，第七章）、基因體定序（第八章）等近年重要的技術。九到十章介紹了一些基因科技最新的進展，例如最近火紅的人工改造基因體技術（CRISPR，第十章），值得一讀。

在我們受教育的過程中， 每個人都應該有機會用過光學顯微鏡（還記得觀察自己的口腔上皮細胞，或是跑來跑去的草履蟲嗎？）。如同作者引用虎克的話：「顯微鏡開拓我們視野裡新的世界和未知的領域」，第三部的進階顯微技術對於有興趣的讀者來說，將很具啟發性。在談顯微影像的時候，通常我們關注幾個重點，包括對比、解析度、深度、速度、與活體相容性等。一般會覺得解析度是最重要的，但是其實更重要的是對比。因為沒有對比，就看不到任何影像。所以作者在這部分的開頭第十二章談的就是螢光蛋白技術的發展，可說是活體動物研究最重要的對比方法之一。接著則是可提供軸向對比的新穎顯微技術（例如共軛焦、雙光子、層光照明技術等），讓深組織觀察變得容易。有了好的對比之後，第十四章則提及解析度提升的方法，使得細胞內部的奈米級結構變得清晰可見，相關研究也獲得2014 年諾貝爾化學獎之殊榮。

十七章與二十二章提到大腦研究以及光遺傳學的全新領域，作者指出現在是神經科學發展的關鍵性時刻，各種新的生物與物理方法結合，加上大規模資金的投入，有可能在不久的將來，讓人類對於我們身上最不被理解的器官—大腦，有更深刻的認識。臺灣在這方面的研究其實有領先世界的進展，有興趣的讀者可以參考清華大學江安世院士的研究成果，已經可以達到讓模式動物果蠅在完全自由行動不自覺的情形下，以光遺傳學的方法遙控特定神經元的活性，照光就啟動特定的行為，例如前進、後退、舉翅、搖頭等，非常神奇！

這本書以客觀的角度陳述科學的發展對人類的幫助，以及探討其中種種複雜的道德議題（例如篩選或加工新生兒基因，以及科學倫理的問題），正是我們現在需要的。讓一般大眾也能體會科學的美好與力量，同時能進行深刻的理性思考，而不是只跟著輿論起舞。

如同作者在第五章提到個體的經歷會透過基因表達傳遞給下一代，也就是說我們在細胞分子層次其實繼承了一個很大的人類集體記憶。在這個傳播快速的時代，網路上充斥著負面言論，這不僅影響我們的思考習慣，事實上也在將這樣的習慣遺傳給下一代。這或許也是為什麼從個人到集體，社會上的爭執似乎越來越多。如果我們能夠一起努力，將正面思考的能力、慈悲與愛的力量，透過細胞分子代代相傳下去，人類才能走向更好的未來。



認識DNA

〈推薦專文〉基因體科學的敲門磚　嚴宏洋

曾經共同主導國際基因體計畫的Francis S. Colin （從去年九月起，擔任美國國家衛生研究院院長），在今年初發表了一本名為《The Language of Life: DNA and the Revolution in Personalized Medicine》的科普書籍。他用了十章的篇幅，談從人類基因體被解讀後，對個人、社會的衝擊；同時也討論在個人基因的隱私，與醫療上所面臨的諸多兩難的局面與對策。由於他這本書所要訴求的對象是普羅大眾，因而在行文時，很少使用科技名詞。要嚴格的說，這是一本屬於偏於「軟性」的科普書籍。因而對於真想進一步瞭解最近有關基因體研究，和其影響的讀者來說，唸起來會有種意猶未盡的感覺。很幸運的是，林正焜醫師剛剛完成了他先前寫的《認識DNA》一書的再版（第一版出刊於2005年），正好填補了這需求。相較於前述Colin的著作，林醫師的新著，應該可歸類於較為「硬性」的科普書籍。換句話說，真正想瞭解基因體的內涵的讀者們，可以這本中文科普書籍，做為入門基因體學的敲門磚。

再版的《認識DNA》這一本書，共分為三大部份。第一部的主題是；基因體的構造與功能。

這一部份共有四章。第一章先對人類的基因體做了簡單的定義；然後在第二章對基因的多樣性給予詮釋。第三章則是談外因基因、基因印?，以及基因過度甲基化的基因凍結機制。第四章主要談的是RNA的干擾機制。這是近幾年很熱門的研究題目，主要是因為可以用在新藥物的開發。

第二部份的主題是；如果基因不按理出牌。從這一主題就可知道，這部份涵蓋的六章，主要在探討癌與基因的關係（第五章）；DNA與癌症（第六章）；從DNA看常見疾病（例如：動脈硬化失智氣喘）（第七章）；流感病毒（第八章）；人工基因的用途（第九章）；人類基因療法的經驗（第十章）。

第三部份的主題是：實驗室之終極祕技。主要是在介紹研究基因體的兩大工具。那就是聚合?連鎖反應、定序與即時聚合?連鎖反應（第十一章）；與DNA晶片（第十二章）。整體的來說，這本修訂過的再版書，對過去五年來基因體研究的發展，做了個回顧，並且指出一些尚待克服的實際困難。譬如說：我自己主持的實驗室，過去幾年中一直在從事以香魚為模式動物的有關老化的研究。從今年起開始投入大量的經費，試圖以DNA晶片的技術來篩選有關老化的基因群的表現。一收到報告時，原先所期待的新發現的喜悅，卻被幾千個基因表現上的微小差異，而難以解讀其意義所淡化了。這些實際的問題，在本書的最後一章，作者也給了些交代。

從科普的角度來看，《認識DNA》這一本書，不是一本可以當閒書來唸的書籍。由於字裡行間有許多的科學專有名詞，因而讀者想要好好唸完這本書時，應該有心理準備，要一章一章慢慢的讀，才能吸收作者所要傳達的訊息。我個人認為，這本書很適合高中及大學主修生物學的學子們，拿來做為課外補充書籍，必定可增長對最近基因體研究發展的瞭解。對沒有升學考試壓力的大眾而言，基因體的知識已經是不能不具備的基本知識。拿起這本書，好好的讀完它，一定不會令你失望的。

（本文作者為中央研究院細胞與個體生物研究所研究員）



〈推薦專文〉當代人的DNA追尋?知識愈多　瞭解愈少　陳為堅

對於一本科普書而言，能夠在五年內再版，放在今日「實體書籍」日漸萎縮的大環境來看，更是一項不容易的成就。讀者的熱烈回饋，基本上就是對於該書最好的肯定了。

在第一版的序言裡，我曾經引用彼得?杜拉克之「心靈地圖」來說明基因體與當代人的自我認知。當時我就深深感受到本書生動而不失準確的寫作風格，與一般的翻譯型科普書籍有很大不同。本書的再版，也算是印證我當初的推薦序誠屬實言而非溢美之詞。但是就如作者在全新修訂版中的說明，本書出版五年來基因體科學的進展可說目不暇給。現在回過頭來看，似乎也在改變研究人員對於DNA科學的「心靈地圖」：一開始的樂觀、自信，反而隨著愈多的知識，讓人看清我們所瞭解的何其不足！

在新改版中，作者增加了不少新而有趣的進展。像是在第12章，作者簡介了新近的晶片技術與全基因體關聯研究（genome-wide association study，簡稱GWAS）。尤其是GWAS這個故事特別值得一談。一開始研究人員只是單純地想利用「地毯式搜索」，來蒐尋引發疾病的易感受性基因變異。在有系統比對同一群人是否出現單一核?酸的變異（single nucleotide polymorphism，簡稱SNP）後，研究人員彙整了50萬到100萬左右的SNP。接下來為了克服雜訊的干擾，因此透過跨國團隊的合作，在很短的時間內就累積了超過千人的病例組人數與對照組人數，然後將檢體送進高通量的定型機器，進行數十萬個SNP標誌的定型。用俗話來，可說是一項「燒錢又燒人」的研究策略。但是自然界似乎跟研究人員開了一個很大的玩笑。雖然有少數新的標誌被找到，但是這些變異，全部加起來，能夠解釋疾病的變異量，常常不到10%！我有時跟學生開玩笑說，就算把GWAS有關第二型糖尿病的數十個基因變異都定型了，這些知識的總合對於是否發病的預測，還不如體重一項所能夠解釋的變異量大小。也就是與其花費大量金錢在基因定型，還不如去買一部體重計！當然，這不是說DNA科學不必研究。反而是說，在正確解讀DNA科學這本複雜的書時，是需要一些「修養」的，過度樂觀導致的簡化或刻意抵制而忽視，都不是好的策略。

對於人類基因體計畫之完成，很多論者，包括本書作者，都把它比擬成16世紀麥哲倫（1480-1521）所率領完成的地球環航。不過隨著初步定序之完成，研究人員開始更有系統尋找基因變異時，最具代表性的故事莫過於全基因體關聯研究的興起及其令人失望的結果。從這個角度來看，過去幾年的DNA科學進展，也許比較接近哥倫布（1451-1506）的探險：用錯的地圖（不知歐洲與亞洲之間，還存在著一個美洲）、到達錯的地點（到了美洲卻堅持是到了亞洲的印度群島）、而其錯誤的命名（把俘來的當地土著稱為印第安人）卻仍頑固地被沿用至今。但是不可否認地，哥倫布的探險終就開發了一片新天地。

整體來看，回到本書的初衷，也是我樂於再度為本書寫序的理由，就是我們需要與時俱新的DNA知識，好讓我們認清現有瞭解的限制，而能繼續永不停止的探索。

2010年 8月 25日

（本文作者為國立台灣大學終身特聘教授、公衛學院副院長、公衛系暨流行病學與預防醫學研究所教授、台大基因體醫學中心遺傳流行病學核心實驗室負責人）



〈推薦專文〉 讓病毒無所遁形的DNA技術　洪火樹

近幾十年來，出現了許多對人類社會產生重大影響新興疾病，其中大部分是新興傳染病，病原在一個全新宿主體內大量複製後傳播給人類。例如從墨西哥開始爆發的2009H1N1新流感，據美國疾病死亡週報的報導，一開始（在4月26日之前）就造成至少81人死亡（Dawood, 2009;MMWR2009）。緊接在墨西哥和美國之後，2009年H1N1流感迅速攻陷歐洲、亞洲、非洲及南美洲，傳播的速度和範圍這麼驚人，主要原因應該是密切的空航（空中交通？），讓病毒隨著人類宿主搭乘飛機旅行到全球各地（Dawood, Jain et al 2009; Swedish, Conenello et al 2010）。當時世界衛生組織與美國疾管局都憂心這種流感會流行全球，2009年6月10日世界衛生組織終於正式宣佈2009H1N1新流感大流行。

就像2003年SARS爆發僅僅短時間造成人類社會不安一般，2009H1N1流感大流行也在2010年7月正式宣佈已經結束，流行期僅只一年。人類文明史經歷了很多次死傷慘重、影響深遠的疫病，相較之下，我們是不是幸運地可以免於疫病的傷害或可以降低疫情到最輕微的程度，就像在2003年經歷的SARS或2009年經歷的H1N1流感一樣？在多久的未來我們又會遭遇另一個新興疫病？

從林正焜醫師這本《認識DNA》二版，讀者可以認識當代DNA技術的原理與應用，事實上，2003年和2009年的疫病會被迅速控制撲滅，最主要的原因可能要歸功於近年DNA技術的進展。最新的DNA技術讓科學家可以迅速辨識病原，大量解碼病原的DNA∕RNA序列，這一來衛生單位就能夠針對病原採取對策，建立確實的診斷原則，研發有效的疫苗，監控疫情，防止致死疫病傳播。我相信，閱讀這本與時俱進、精彩的書之後，讀者對於DNA科學如何改變人類的文明會有通盤的認識。

（本文作者洪火樹博士為美國Walter-Reed Army Medical Center分子診斷與病毒疾病部門主持人）

細胞

這本由約書亞．拉普波特博士撰寫的新書，透過作者廣博的知識以及深入淺出的文筆，讓即使是非科學專業背景的讀者，也能一窺快速發展的分子生物學技術以及光學顯微技術最新的進展。我自己也在分子生物學的部分學到很多新概念，受益匪淺，因此很推薦給對跨領域研究有興趣的讀者。

──台灣大學物理學系教授　朱士維

精確地傳達了細胞生物學中傳統指標背後的歷史背景，以及我們近期在透視細胞內部運作方面令人振奮的進展。

──醫學博士、英國華威大學華威醫學院微生物基因體學教授、《演化指南》作者　馬克．裴稜

細胞是對一幢建構...

細胞

導讀　台灣大學動物學研究所副教授　丁照棣
推薦專文　更好的未來／台灣大學物理學系教授　朱士維
前言 為什麼要讀這本書？
第一部　什麼是細胞？以及它們如何運作？
　第一章— 世界改變的那一天
　第二章— 細胞導覽
第二部　遺傳密碼──作用、意義與人類的解譯
　第三章— 分子生物學的中心法則
　第四章— 生命解密：通往雙螺旋之路
　第五章— 表觀遺傳學：超越中心法則
　第六章— 僧侶的花園：孟德爾的獨立分配律與如何被拆解
　第七章— 革命性的反應，或，如何在你的廚房裡做出DNA
　第八章— 難題的拼湊：我們如何對DNA定序
　第九章— 基因體和個人化醫學：進展、前景和潛在的問題
　第十章— 操作基因體在學術、技術和倫理上的問題
　第十一章—科幻小說和社會小說：基因的內涵
第三部：看到極微細事物的驚人科技
　第十二章—教我們如何去看的水母
　第十三章—我們如何看清楚活細胞的內部
　第十四章—層光顯微術，或，選定平面照明顯微術中的光大都停在平面上
　第十五章—超解析率顯微技術：一次只開一盞燈
　第十六章—螢火蟲幼蟲如何發光？冷光成像的優點
　第十七章—更多拍攝漂亮和啟發性照片的方法
第四部　生死攸關
　第十八章—細胞如何死亡
　第十九章—愛滋病毒的奧秘
第五部　細胞、器官和器官系統
　第二十章—什麼是器官？為什麼我們會有器官？
　第二十一章—腎臟：協同作用的細胞
　第二十二章—大腦的運作、學習與它很難研究的理由
　第二十三章—免疫系統：它如何捍衛我們，卻有時會攻擊我們
第六部　細胞生物學專業的好壞與未來
　第二十四章—我們如何差一點就戰勝癌症
　第二十五章—倫理、野心與其他不是最偉大的發現
　第二十六章—奈米革命
　第二十七章—金錢、權力、野心和知識的追求：對科學現狀的思考
參考書目
致謝


認識DNA

推薦序　基因體科學的敲門磚　嚴宏洋
推薦序　當代人的DNA追尋？知識愈多　瞭解愈少　陳為堅
審訂者序 　讓病毒無所遁形的DNA技術　洪火樹
全新增修版說明　
前言　 文明的里程碑

第1部 基因體的構造與功能
第1章 人類的基因體
一、基因體是記載在DNA上的細胞標準作業程序
二、基因可以剪接，可以開關和調節強弱
三、基因體種種有用沒用的片段
四、粒線體DNA暗藏母系祖先信息
第2章 繽紛的基因體多樣性
一、突變的效果
二、單核?酸突變是辨識基因型的重要窗口
三、基因體有許多重複出現的短串，可以當作DNA指紋
四、「醫生，請先檢驗我的基因！」
第3章 細胞如何凍結基因？
一、外基因遺傳讓一樣的DNA序列有不一樣的表現
二、基因印?讓不同來源的基因有不一樣的表達
三、家族性智能不足的原因可能是基因過度甲基化
四、甲基化過與不及都可能致癌
第4章 分子武器——攔截入侵者
一、雙股RNA竟然會關閉基因
二、RNA干擾機制在實驗室達成令人期待的初步成果
三、RNA干擾成功治療小鼠的肝炎
四、臨床使用的RNA干擾藥物

第2部 如果基因不按牌理出牌
第5章 細胞的叛變
一、癌是基因的疾病
二、雞為什麼長了肉瘤？
三、癌症是好幾種基因攜手打造的怪物
四、抑癌基因是細胞週期的煞車器
第6章 DNA與癌症
一、肝癌的主要病因是肝炎病毒
二、啟動EB病毒複製可以治療鼻咽癌及淋巴癌嗎？
三、從基因型預知大腸癌的可能性
四、建立乳癌基因型資料庫防治家族性乳癌
五、我們需要花錢做癌症風險DNA篩檢嗎？
第7章 從DNA看常見疾病
一、從DNA尋找動脈硬化的療法
二、預知失智紀事
三、氣喘是許多基因被環境因素挑起的反應
第8章 擅於改頭換面的流感病毒
一、流感病毒的來歷
二、正在威脅著人類的禽流感和豬流感
三、2009H1N1流感的真面貌
四、流感疫苗
第9章 人工基因的用途 一、基因可以用來治療疾病嗎？
二、基因可以用來當作疫苗嗎？
三、如何運送基因到細胞裡頭？
四、操作DNA可以製作多功能幹細胞
第10章 人類基因療法的經驗
一、第一個成功案例
二、腺病毒載體引發免疫風暴
三、非病毒載體的經驗
四、轉基因如何造成癌症？
五、基因療法的前景

第3部 實驗室之終極秘技
第11章 PCR、定序、與即時PCR
一、聚合?連鎖反應是DNA科學的核心技術
二、DNA自動定序
三、二代定序NGS（next generation sequencing）
四、高度敏感的定量工具——即時聚合?連鎖反應
第12章 DNA晶片
一、基因晶片的功用與製作方式
二、晶片的實際用途
三、全基因體關聯研究(GWAS)
四、尚待克服的實際問題

專有名詞對照
主要參考資料

細胞

導讀　台灣大學動物學研究所副教授　丁照棣
推薦專文　更好的未來／台灣大學物理學系教授　朱士維
前言 為什麼要讀這本書？
第一部　什麼是細胞？以及它們如何運作？
　第一章— 世界改變的那一天
　第二章— 細胞導覽
第二部　遺傳密碼──作用、意義與人類的解譯
　第三章— 分子生物學的中心法則
　第四章— 生命解密：通往雙螺旋之路
　第五章— 表觀遺傳學：超越中心法則
　第六章— 僧侶的花園：孟德爾的獨立分配律與如何被拆解
　第七章— 革命性的反應，或，如何在你的廚房裡做出D...