来自法国波尔多大学（University of Bordeaux）的 Dominique Rolin 博士，在逐渐兴起的代谢体学（metabolomics）与流体学（fluxomics）已耕耘多年，成就斐然，本次基因线上独家专访 Dr. Rolin，分享他在法国推动相关研究进展的独到见解。
Dominique Rolin 博士为法国代谢体学与流体学组织成立的重要推手，于雷恩大学植物生理学取得博士、担任波尔多大学植物生理学与生物技术系教授，研究领域专攻植物的蛋白质体学、代谢体学与流体学等，2008 年起担任波尔多功能基因体学中心主任，并被誉为植物代谢体学研究的先驱，同时也是 MetaboHUB 提案的全权管理人。
从定序开始的体学热潮，不断延烧
17 世纪显微镜的问世，为科学家开启了一扇窗，然而当时的镜片尚无法清楚呈现微观世界，工具上的限制也阻拦了生物学的发展近一个世纪。直到玻璃工艺进步，改善显微镜的镜片，才让科学家能清楚窥探细胞的世界，显微镜的改良与切片技术让生物学的发展大跃进，直到19 世纪末发展出了细胞学说，为生物学发展的重要里程碑。到了 1980 年代，PCR 技术的兴起，以及后续一连串定序热潮，又将生物学的进展推向另一个高峰。“Sequencing, is on the way!”Dr. Rolin 兴奋的说。当科学家能够定出序列、定义基因后，研究爆发性的成长。除了积极定序各个物种以外，对于每个基因所表现出的蛋白质以及其被赋予的功能也深入专研，因此造就了蛋白质体学的发展。1988 年剑桥大学的 Steve Oliver 教授提出“不仅是蛋白质，其他代谢产物也有分析价值”的概念后，各种体学（omics）研究逐渐兴盛。
从基因体学、转录体学、蛋白质体学到代谢体学与流体学。当科学家逐渐抽丝剥茧、由巨观推进到微观世界，生物学的研究已不仅仅专注在基因的层次、不只是用北方墨点法或是西方墨点法看单个基因跟蛋白质，而必须观察、分析、研究更细微之处。Dr. Rolin 表示，基因体最单纯，仅由四种含氮碱基组成，蛋白质则有大小、极性的差异，相较之下略显复杂，而代谢体的变化更多、已知的更少、交互作用繁复，研究上也更具挑战性，因此，代谢体学分析的方法就相当重要。
代谢体复杂多变，资讯分析成关键
Dr. Rolin 强调，体学的研究绝大部分仰赖分析与比对，因此建置完整且品质良好的数据库为首要任务。以 京都基因与基因组百科全书（Kyoto Encyclopedia of Genes and Genomes, KEGG）为例，从定序开始到现在，短短几年已累积 5000 多种生物体被定序建档，代谢体的研究则相对新颖。目前代谢体学的相关研究技术还有很多改善空间，举例来说，研究中最有价值的部分不外乎是“定性”与“定量”。透过已熟练的实验方法，可以轻易取得分子量资料，然而知道是什么分子，比仅有分子量要来的有利许多。而生物学家在分析资料时，并不能仅局限于“这边有、那没有”的纯比较层次，而是必须要知道“这边有，有多少？”当能够准确的定量后，就进入了流体学的范畴，可以进行更细微、更完整的研究。
在定性方面，仪器的敏感度、分辨率等为成功关键，目前超极致液相层析串联质谱仪（ultra performance liquid chromatography, UPLC）搭配傅立叶转换式质谱仪 （fourier-transform ion cyclotron resonance, FT-ICR）虽然价格昂贵，却有十分强的分辨率，可以精准解析分子。UPLC 比起一般液相层析有更高的分辨率，而且可以缩短实验时间。FT-ICR 对质量解析更加有效，可精准区分出目标分子。定量方面则是尚无公认的好方法，虽然质谱仪带有定量功能，但目前的实验方法还是定性为主，仍需研究开发可与样品一同进行实验操作的标记物，才能降低定量难度，提升精准度。
Dr. Rolin 列举目前常用于代谢体学研究的实验仪器，如核磁共振（nuclear magnetic resonance , NMR）、 气相层析法配上质谱仪（gas chromatography–mass spectrometry, GC-MS）、液相层析法配上质谱（liquid chromatography–mass spectrometry, LC-MS）等，每项仪器都有不同的限制：
- NMR 可以取得有机化合物的精确化学结构，但其敏感度较低，有时候目标侦测的讯号可能只来自少量细胞甚至是细胞核，要在众多噪声中锁定目标讯号十分困难。
- 色层分析技术搭配质谱仪，如 GC-MS 及 LC-MS，可以有效且快速的获得多种代谢体，单次约可有 100-200 多种，然而却只能获得各种代谢体的相对比例，较难取得绝对定量。
- 每台机器都有不同的偏误、同一种分子在不同仪器有不同裂解的方式，所以每种机型都需要建立属于自己的数据库，这对倚靠分析、比对的代谢体研究，无疑是一大考验。
Dr. Rolin 也强调，不仅是机器数据库的问题，每个数据库都有优缺点，因此要不断比较不同的数据库，才能得到更全面的讯息。而要收集广大的资料以利得知真相，也成为研究中的一大挑战。
推动流程、资讯标准化，建立研究“共同语言”
Dr. Rolin 强调，代谢体学可以应用在各个领域，而在同一个领域的研究上，“大家需要共同的语言”，数据库的普及、统一化便是建立共同语言的开端，也是现在尚待解决的难题之一。透过同水平的技术、相符的解读方式，同时提升工具与技术，才能将各方研究成果发挥最大的价值。目前科学家也逐步建置人类代谢体数据库（Human Metabolome Database , HMDB），然而由于代谢体的复杂性较高，需要更新的科技来支持，因此研究方法与仪器技术的改良需同时并进。如前述所言，受限于分析仪器的偏误，使得数据库无法统一，难以整合各界资源，阻碍相关研究的进展，对此，Dr. Rolin 认为“标准化与合作”是最佳解决之道，因此在法国与相关合作机构协力推动代谢体学的研究标准化，尝试让更多的专家参与，建立研究过程及资讯纪录的 SOP，纪录包含 NMR、GC-MS 及 LC-MS 等各种资料，并利用所建置的 SOP，让合作单位用不同的仪器，对同样的样本进行分析与纪录，借此建置适用于不同仪器间的数据库，同时也将确效、品管的概念纳入体系中。
众人同心，其利断金 ── 合作才是推动体学发展的关键
Dr. Rolin 以不同时期的工业革命做比喻，过往的工业时代，权力过度集中使得各种发展掌握在少数人手中，后续因为通讯设备的普及，从书信、电报、电话直到网络的发明，缩短人与人之间以及世界各地的连结，使讯息传递更紧密快速，彻底打破了过往的权力金字塔。“这是一个通力合作的时代。”在代谢体学的研究也是一样，Dr. Rolin 提及当初在国内推动成立法国代谢体学与流体学组织（French-speaking Network of Metabolomics and Fluxomics），采用 network 一词，便是期望透过组织，促进相关专家的紧密合作，让生物学家、核磁共振专家、统计学家、资讯专家、化学家都能各司其职，找到适合的定位，才能促进该领域研究更上一层楼。
采访 / Thomas Huang、Alma Wu
撰文 / Alma Wu
审稿 / Cheng-Chih Richard Hsu
