About iGEM NCKU
从一秒数到七秒或许对你没有什么意义，但对于全世界的糖尿病患者来说，这七秒钟里代表着是一个因病而逝去的生命。而更令人担忧的是，糖尿病的患者人数还在逐年的增加中，让我们不得不去正视这个世纪疾病。通常，在糖尿病在尚未有症状前，人们不会特别去关注自己的健康，直到有糖尿病的症状时，通常已经很严重。针对这样的状况，来自成功大学的 NCKU_Tainan 团队在思考，有没有一个简单的方法能随时监测自己的健康，让我们知道身体仍然正常运作，并且预防糖尿病初期对身体造成的伤害？
而 NCKU_Tainan 团队的回答是：YES! You know.
NCKU_Tainan 团队充分运用“研究单位集中”与“综合型大学”的优势，由医学院、工学院、电机资讯学院、理学院、生科院与社会科学院的学生跨领域组成，将针对预防糖尿病的问题，带着他们的答案：“U-KNOW”装置，去参加 2016 年由美国麻省理工学院 (Massachusetts Institute of Technology, MIT) 主办的合成生物学竞赛 (The International Genetically Engineered Machine competition, iGEM)，应用“合成生物学”的技术，让普罗大众借由在日常生活中随时监测“糖尿”的状况来了解自己的健康。
可是，即使糖尿病中有“糖尿”这两个字，我们的健康状况真的可以借由“糖尿”状况了解吗 ? 要了解这件事，就让我们先了解“糖尿”病的成因吧！糖尿病通常分为两型，第一型为胰岛素不足，让身体的细胞受器没有足够的胰岛素可以感应，使血液中的葡萄糖无法正常地被运送至细胞产生能量，最后导致细胞衰弱，或大量残留在血液中的葡萄糖对细胞产生伤害；第二型为胰岛素足够，但细胞无法正常感应胰岛素，一样导致细胞吃不到葡萄糖而衰弱，或血液中的高浓度葡萄糖伤害细胞。在一般状态下，人的尿液中几乎不会有葡萄糖的出现，肾脏在过滤血液产生尿液的过程中，会将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状态下，会导致肾脏的再吸收功能超过负荷，未吸收的葡萄糖会出现在尿液中，因此我们能以此判别血液中的葡萄糖浓度是否过高，用来做糖尿病的监测。
并且，相较于目前市面上的糖尿病管理方式，利用血糖机进行血液的检测，或是利用尿糖试纸观察尿糖的状况，都有其优缺点。血糖机的检测虽然较为精确与即时，但需要在皮肤进行侵入式的扎针取血，对于使用者来说，除了有感染风险外，在过程中也容易出现疼痛与不适感；而利用尿糖试纸检测尿糖虽然方便，但过程中使用者仍需自行将试纸上的颜色变化与比色板做对照，以此了解严重程度。更重要的是这些检测，通常是在糖尿病确诊后才会进行，此时已经对身体造成伤害。因此，NCKU_Tainan 团队考量到这些问题，从对使用者友善的角度出发，将以非侵入式与自动化的检测，推出的“U-KNOW”装置，其目的是希望在即使糖尿病初期无症状的时候，也能让使用者知道身体内高葡萄糖的警讯，让使用者可以在监测到有尿糖出现时，去医院做详细的诊断，及早预防糖尿病对身体造成的伤害。
细菌设计
那“U-KNOW”装置究竟是如何达到及早发现的目的 ? NCKU_Tainan 团队利用合成生物学的技术将 E. coli 进行改造，使其对于尿液中的葡萄糖进行感应与表达讯号。细菌原有的葡萄糖代谢途径，在葡萄糖运送至胞内时会激活“转录活化子”，引起“RNA 聚合酶”结合到 DNA 序列上特定的启动子 (Promoter)，启动下游的基因表现；而改造后的 E. coli 会带有设计过的 DNA 质粒，将红色萤光蛋白的基因上游接上此特定的启动子，感应到葡萄糖的细菌就会表达萤光蛋白的 RNA，同时再借由 RNA 上的核糖体结合位转译出萤光蛋白，最后利用萤光蛋白的量转换成讯号强度，就能反应尿中的葡萄糖浓度，当讯号强度越强就表示尿中的葡萄糖浓度越高，借此提供精确的数据给使用者。（下图为细菌运作机制）
装置设计
目前市售的血糖测量纸大多用“颜色”判断糖尿病存在的可能，iGEM NCKU Tainan 将试纸的效能发挥得更加完善，借由细菌发萤光，再由传感器传感光强度的方式，将强度转为数位讯号，最后再将讯号回传至使用者的智慧装置，来完成整个操作流程。
iGEM NCKU 的目的在于帮助人们建立“简便”的自我检查习惯，使用者仅需将沾有尿的试纸装入装置后就可以看到结果，而非侵略性的方式精准的判读健康状况，同时，此装置在一天内可多次使用（仅试纸为消耗品）让受试者能定时追踪自我状况。（下图为 prototype 内部装置结构）
理念推广
除了实际产品的推出外，iGEM NCKU Tainan 也在理念推广上下了不少功夫，借由“亚太交流会议”以及相关的宣导影片，iGEM NCKU Tainan 从台南在地出发，本次交流会，让21个队伍、150 位来自世界各地的参赛者直接审视彼此的计画。发现计画中的缺陷，会议过程中，参与者们不吝啬于给予对方建议，比起竞争对手更像是伙伴，共同成长，往波士顿的路上又迈进了一大步。
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International Genetically Engineered Machine Competition，简称 iGEM，是全球最高等级的合成生物学竞赛，每年由美国麻省理工学院（Massachusetts Institute of Technology , MIT）主办。 合成生物学，为新兴学科，融合了生物、工程、物理、计算机科学和其他多项领域的综合性科学工程，大赛目的在于“促进跨学科领域研究与合作，利用工程手段创造标准化的生物元件（Bio-Brick），并利用它们构建具有各种实用价值的微生物遗传体，并解决社会问题。”曾多次被 Nature 等国际权威科学杂志报导，每年约有 200 多队，来自超过 30 个国家参赛。
参考文献：
国际糖尿病联盟-全球糖尿病概览 (International Diabetes Federation, IDF DIABETES ATLAS)
图片来源：
由成大 iGEM NCKU Tainan 提供。
