About iGEM NCKU
從一秒數到七秒或許對你沒有什麼意義，但對於全世界的糖尿病患者來說，這七秒鐘裡代表著是一個因病而逝去的生命。而更令人擔憂的是，糖尿病的患者人數還在逐年的增加中，讓我們不得不去正視這個世紀疾病。通常，在糖尿病在尚未有症狀前，人們不會特別去關注自己的健康，直到有糖尿病的症狀時，通常已經很嚴重。針對這樣的狀況，來自成功大學的 NCKU_Tainan 團隊在思考，有沒有一個簡單的方法能隨時監測自己的健康，讓我們知道身體仍然正常運作，並且預防糖尿病初期對身體造成的傷害？
而 NCKU_Tainan 團隊的回答是：YES! You know.
NCKU_Tainan 團隊充分運用「研究單位集中」與「綜合型大學」的優勢，由醫學院、工學院、電機資訊學院、理學院、生科院與社會科學院的學生跨領域組成，將針對預防糖尿病的問題，帶著他們的答案：「U-KNOW」裝置，去參加 2016 年由美國麻省理工學院 (Massachusetts Institute of Technology, MIT) 主辦的合成生物學競賽 (The International Genetically Engineered Machine competition, iGEM)，應用「合成生物學」的技術，讓普羅大眾藉由在日常生活中隨時監測「糖尿」的狀況來瞭解自己的健康。
可是，即使糖尿病中有「糖尿」這兩個字，我們的健康狀況真的可以藉由「糖尿」狀況瞭解嗎 ? 要了解這件事，就讓我們先了解「糖尿」病的成因吧！糖尿病通常分為兩型，第一型為胰島素不足，讓身體的細胞受器沒有足夠的胰島素可以感應，使血液中的葡萄糖無法正常地被運送至細胞產生能量，最後導致細胞衰弱，或大量殘留在血液中的葡萄糖對細胞產生傷害；第二型為胰島素足夠，但細胞無法正常感應胰島素，一樣導致細胞吃不到葡萄糖而衰弱，或血液中的高濃度葡萄糖傷害細胞。在一般狀態下，人的尿液中幾乎不會有葡萄糖的出現，腎臟在過濾血液產生尿液的過程中，會將所有的葡萄糖再吸收回血液；但是，在血液中含有大量葡萄糖的狀態下，會導致腎臟的再吸收功能超過負荷，未吸收的葡萄糖會出現在尿液中，因此我們能以此判別血液中的葡萄糖濃度是否過高，用來做糖尿病的監測。
並且，相較於目前市面上的糖尿病管理方式，利用血糖機進行血液的檢測，或是利用尿糖試紙觀察尿糖的狀況，都有其優缺點。血糖機的檢測雖然較為精確與即時，但需要在皮膚進行侵入式的扎針取血，對於使用者來說，除了有感染風險外，在過程中也容易出現疼痛與不適感；而利用尿糖試紙檢測尿糖雖然方便，但過程中使用者仍需自行將試紙上的顏色變化與比色板做對照，以此瞭解嚴重程度。更重要的是這些檢測，通常是在糖尿病確診後才會進行，此時已經對身體造成傷害。因此，NCKU_Tainan 團隊考量到這些問題，從對使用者友善的角度出發，將以非侵入式與自動化的檢測，推出的「U-KNOW」裝置，其目的是希望在即使糖尿病初期無症狀的時候，也能讓使用者知道身體內高葡萄糖的警訊，讓使用者可以在監測到有尿糖出現時，去醫院做詳細的診斷，及早預防糖尿病對身體造成的傷害。
細菌設計
那「U-KNOW」裝置究竟是如何達到及早發現的目的 ? NCKU_Tainan 團隊利用合成生物學的技術將 E. coli 進行改造，使其對於尿液中的葡萄糖進行感應與表達訊號。細菌原有的葡萄糖代謝途徑，在葡萄糖運送至胞內時會激活「轉錄活化子」，引起「RNA 聚合酶」結合到 DNA 序列上特定的啟動子 (Promoter)，啟動下游的基因表現；而改造後的 E. coli 會帶有設計過的 DNA 質粒，將紅色螢光蛋白的基因上游接上此特定的啟動子，感應到葡萄糖的細菌就會表達螢光蛋白的 RNA，同時再藉由 RNA 上的核糖體結合位轉譯出螢光蛋白，最後利用螢光蛋白的量轉換成訊號強度，就能反應尿中的葡萄糖濃度，當訊號強度越強就表示尿中的葡萄糖濃度越高，藉此提供精確的數據給使用者。（下圖為細菌運作機制）
裝置設計
目前市售的血糖測量紙大多用「顏色」判斷糖尿病存在的可能，iGEM NCKU Tainan 將試紙的效能發揮得更加完善，藉由細菌發螢光，再由傳感器感測光強度的方式，將強度轉為數位訊號，最後再將訊號回傳至使用者的智慧裝置，來完成整個操作流程。
iGEM NCKU 的目的在於幫助人們建立「簡便」的自我檢查習慣，使用者僅需將沾有尿的試紙裝入裝置後就可以看到結果，而非侵略性的方式精準的判讀健康狀況，同時，此裝置在一天內可多次使用（僅試紙為消耗品）讓受試者能定時追蹤自我狀況。（下圖為 prototype 內部裝置結構）
理念推廣
除了實際產品的推出外，iGEM NCKU Tainan 也在理念推廣上下了不少功夫，藉由「亞太交流會議」以及相關的宣導影片，iGEM NCKU Tainan 從台南在地出發，本次交流會，讓21個隊伍、150 位來自世界各地的參賽者直接審視彼此的計畫。發現計畫中的缺陷，會議過程中，參與者們不吝嗇於給予對方建議，比起競爭對手更像是夥伴，共同成長，往波士頓的路上又邁進了一大步。
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International Genetically Engineered Machine Competition，簡稱 iGEM，是全球最高等級的合成生物學競賽，每年由美國麻省理工學院（Massachusetts Institute of Technology , MIT）主辦。 合成生物學，為新興學科，融合了生物、工程、物理、計算機科學和其他多項領域的綜合性科學工程，大賽目的在於「促進跨學科領域研究與合作，利用工程手段創造標準化的生物元件（Bio-Brick），並利用它們構建具有各種實用價值的微生物遺傳體，並解決社會問題。」曾多次被 Nature 等國際權威科學雜誌報導，每年約有 200 多隊，來自超過 30 個國家參賽。
參考文獻：
國際糖尿病聯盟-全球糖尿病概覽 (International Diabetes Federation, IDF DIABETES ATLAS)
圖片來源：
由成大 iGEM NCKU Tainan 提供。
