史上定序規模之最 ── 美西蠑螈（axolotl）與真渦蟲（Schmidtea mediterranea）基因體之成功解碼，將為再生醫學研究增添有力工具，相關成果近期皆發表於《Nature》期刊。
再生醫學的完美模型 ── 蠑螈
長久以來，蠑螈一直是發育、再生和演化研究的理想生物模型，其中又以墨西哥鈍口蠑螈（Ambystoma mexicanum）驚人的再生能力特別受到關注 ── 牠除了能在失去四肢的幾週內完美再生，且在正確的地方形成骨骼、肌肉與神經，更神奇的是，受損的脊髓和視網膜組織亦能完整修復。有鑑於上述特性及簡易的育種過程，培育超過 150 年的蠑螈，堪稱再生醫學實驗室中最受歡迎的生物模型。
美西蠑螈（axolotl），來源：Wiki。
史上定序規模之最 ── 蠑螈基因體
來自維也納分子病理學研究所（Institute of Molecular Pathology, IMP）的 Elly Tanaka 團隊擁有目前最大的蠑螈複製體，其另於德國德勒斯登工業大學（TU Dresden）再生療法中心與馬克斯‧普朗克分子細胞生物學與遺傳學研究所（Max Planck Institute of Molecular Cell Biology and Genetics, MPI-CBG）一同研究肢體與脊髓再生。近年來，該研究團隊開發了廣泛的蠑螈分子工具組，包含揭露蛋白質編碼序列的全方位轉錄數據庫（comprehensive transcriptome data），透過前述工具的輔助，Tanaka 團隊成功辨識啟動再生的細胞，並能解釋其分子機制。
再生特性在多數物種中相當有限，為了了解其調控機制，研究員需要獲得充分的基因體數據進行深入研究。然而，由於蠑螈基因體資訊過於龐大（共計 320 億個鹼基對，為人類基因體的 10 倍以上）且存在大量的重複序列，利用現存的定序工具仍不易正確解析。為了克服定序的技術性困難，Tanaka、馬克斯‧普朗克分子細胞生物學與遺傳學研究所（MPI-CBG）與海德堡理論研究所（Heidelberg Institute for Theoretical Studies, HITS）組成國際研究團隊，利用 PacBio 平台（一種能夠讀取超長序列，且能跨越大型重覆區域的定序科技）解析共計 72,435,954 個讀序（reads），再藉由團隊成員 Gene Myers、Siegfried Schloissnig 等共同開發的軟體成功組裝、註記並分析完整的蠑螈基因體。
針對組裝後的基因體進行分析，研究員發現再生組織中的某些基因僅表達於蠑螈或其他兩棲類動物，更引人注目的是，一種名為 PAX3 的必要發育基因（essential developmental gene）竟在該基因體中缺失，其功能轉由 PAX7 取代，這兩個基因皆在肌肉和神經發育中扮演關鍵角色。
再生醫學研究新標的 ── 真渦蟲（Schmidtea mediterranea）
真渦蟲（Schmidtea mediterranea）是一種非凡的生物，即使被切成小片段，仍可再生為一個完整且比例完美的蟲體，此種特性係在於其成人幹細胞（adult stem cells），單一細胞即可恢復為完整的個體。但是，Schmidtea mediterranea 如何達成此種驚人的「超能力」，至今仍不甚了解。
真渦蟲 (Schmidtea mediterranea)，來源：Wiki。
科學家曾試圖針對 Schmidtea mediterranea 的基因體進行定序，然因其大多係由數量龐大及幾乎相同的重複序列所構成，故與蠑螈基因體定序面臨相似的技術性障礙。就此難題，MPI-CBG 與 HITS 再度攜手合作，並利用Pacific Bioscience 公司可直接讀取長達 4 萬個鹼基對的長序列定序技術，使重複延伸序列的讀值正確率大幅提高，成功解析基因密碼。值得一提的是，研究員發現 Schmidtea mediterranea 缺乏大多生物皆具有的高度保守基因 MAD1 及 MAD2，其功能為確保子代細胞分裂後擁有相同數量的染色體。然而，儘管缺乏 MAD1/2 基因，Schmidtea mediterranea 仍能執行正常的檢查點功能，詳細原因有望藉由定序結果深入探討。
蠑螈基因體定序的成功是再生醫學研究史的重要里程碑，該研究的第一作者 Sergej Nowoshilow 表示，目前公開的基因序列可說是全世界研究組織再生的有力資源，一旦握有「基因地圖」，未來將可研究腿部等複雜結構再生的機制。另一方面，真渦蟲 Schmidtea mediterranea 的基因體序列對於幹細胞生物學及生物資訊領域亦有潛在應用價值。雖然將再生醫學應用於人類肢體和器官仍有很長一段路要走，但這些研究成果必將成為未來發展相關醫學技術與策略的重要工具。
文 / Angela Chang
延伸閱讀：再生醫學新視角：從表觀遺傳調控基因活性，可減少 DNA 受損風險參考文獻：
1.https://www.eurekalert.org/pub_releases/2018-01/m-ang012418.php
2.https://www.eurekalert.org/pub_releases/2018-01/m-dta012418.php
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