生物基因晶片應用:水污染防治和物種鑒定

行政院環境保護署解決國內各種常見污染、環境整治的方式目前大多使用NGS次世代定序技術,然而成本高且耗時長;而傳統的病蟲防治則是以噴施化學農藥方式但效果不彰,且易產生殘毒。因此「華聯生技」聯手中大、興大產學合作,開展環境微生物與多物種害蟲檢測的生物晶片,在台灣甚至國際都是產業應用先驅,讓國際看到台灣學界與業界攜手合作的研發成果與技術能量。

產業應用生物基因晶片

台灣學術研究的成果如何延伸至產業應用? 一直是國內產、官、學皆重視的議題。華聯生技是全球四大高密度基因晶片研發原廠之一,除了在生殖醫學領域,提供羊水基因晶片的遺傳疾病檢測服務之外,今年更在科學研究領域有突破性的進程,與中央大學與中興大學聯手分別在水污染菌相檢測及病蟲害防治領域,展開生物基因晶片產、官、學界三方研究的開發合作。

水污染菌種生物晶片 提升檢測效能

華聯生技提供客製化的生物晶片服務,如生物基因晶片的客製化設計與製造,協助國內外專家學者以科學且有效率的方式,將科學研究的成果應用於商業市場。以水污染防治為例,中央大學生命科學系陳師慶博士與華聯生技合作「土水污染防治用環境脫氯基因檢測晶片 開發委託」已完成第一階段研究。含氯化物中的氯乙烯(Vinyl chloride)已被美國衛生及公共服務部(DHHS)訂定為已知致癌物,常見於土壤或地下水中。台灣傳統的地下水檢測,如生物刺激、生物加強法或生物醫學的次世代定序技術(Next-Generation Sequencing, NGS),在分析評估上須耗費一個月以上的時間,本次雙方產學合作的目標是開發出縮短檢測時程、簡化數據、加速整治和降低危害的生物晶片。

我國行政院環境保護署除解決國內各種常見污染之外,一直想更有效處理具致癌風險的含氯有機化合物,因緣際會對接熟悉含氯物處理的中央大學陳師慶博士與國內污染物處理大廠瑞昶科技媒合,接軌了華聯生技的基因晶片技術,因而開啟了產、官、學界三方的合作。陳師慶博士表示:「研究成果不應只保留在實驗室,應該運用到業界進而提升台灣土水整治之實力。」但是業界所考量的規模及成本對學者則是挑戰,所以與瑞昶科技密切溝通與評估後,共同提出計畫開發高效生物晶片檢測脫氯基因,應用於多氯乙烯生物整治。

然而環境整治目前大多使用NGS次世代定序技術,但檢測目標是族群小的脫氯菌種微生物,需使用高成本程序提升檢測靈敏度,進而壓縮其他整治資源,並且龐大的數據對於使用者較不友善且會耗時一個月以上才取得檢測結果。華聯科研的代工解決方案則是運用技術平台的思維,協助將微量特定菌株微生物進行鑑別,並根據菌株微生物鑑別位點客製化設計探針晶片平台,擁有可靠的靈敏度與準確度,並將傳統時程與經費成本降低30~50%,達成陳師慶博士對於計畫目標「檢測快速、聚焦特定、輕鬆讀值」的期待。

病蟲生物晶片快篩 進口防疫把關

此外,在病蟲害防治的領域上,中興大學昆蟲系葉文斌博士與華聯生技合作「應用螢光晶片大量快篩薊馬害蟲」,目前已通過科技部補助先導型產學合作計畫。根據研究指出,全球因為會傳播萎凋病毒的薊馬所產生的經濟損失和防治費用,每年達10億美金!薊馬繁殖極快且耐藥性高,所以傳統防治是以噴施化學農藥方式但效果不彰,且易產生殘毒,本次產學目標是科研客製快篩百種特定危害薊馬的生物晶片,來助海關把守國家大門。

不同於環保署專注處理國內污染物,行政院農業委員會動植物防疫檢疫局則是致力將外來有害生物阻擋於國家大門之外,然而有許多有害生物極為微小、外型不易辨識,需要用分子檢測鑑定,葉文斌博士便是這道防線的隱藏英雄之一。葉文斌博士分享:蔬菜花卉中常有一類常見的小害蟲:薊馬,目前台灣尚未被幾種全球危害嚴重的薊馬所入侵,因此有效檢測將這些檢疫薊馬阻擋在外是勢在必行,但傳統晶片技術無法完全滿足現況需求,葉文斌博士對此說明:生物檢測鑑定在學術及科學上都已受到認可,但是如何有效率並且準確篩檢就是一個挑戰!例如要確認某一物種需用到3~5個專一性點位進行檢測,原先合作廠商技術最多只有64個點位,也就是說以往方式一次最多只能檢測十餘種害蟲,若要同時檢測100多種有害薊馬,顯得十分不足也容易出現偽陽性的情況。

華聯生技科學研究團隊則提供全球僅有四家具備的萬點(高通量)客製化晶片技術,提供技術原理、檢測平台,開發合適晶片設計、晶片點製及先期測試與生產,與葉文斌博士共同合作能同時檢測100種薊馬、每種用7~8個位點位進行檢測來降低偽陽性,支援至少1,000個點位的生物晶片。

產學聯手基因晶片應用 潛力無窮

許多產學合作會因為諸多原因而無法達到原合作目標,雙方經驗交流與互動非常重要。華聯生技吳政道博士分享:「華聯生技希望提供自動化數據分析平台,解決人工作業的瓶頸,同時透過產學計畫與專家學者合作更緊密、培育優秀人才及組建團隊,以降低學界與業界兩者觀念差異。」瑞昶科技車明道副董事長表示:「瑞昶科技為產品應用端,希望產學合作可以讓台灣擁有更多領先技術,產、官、學團結邁向東南亞市場,例如:學術研究與業界實用如何取得平衡便是一大考驗。」因此,這次中央大學與中興大學有機會取得華聯生技及瑞昶科技在市場營運和技術研發的支援,且獲得政府對於兩項計畫的支持,讓環境微生物與多物種害蟲檢測的生物晶片的開發,在台灣甚至國際都是產業應用先驅,讓國際看到台灣學界與業界攜手合作的研發成果與技術能量。

 

新聞來源:https://www.biomedviews.com/%E7%94%9F%E7%89%A9%E5%9F%BA%E5%9B%A0%E6%99%B6%E7%89%87%E6%87%89%E7%94%A8%EF%BC%9A%E6%B0%B4%E6%B1%A1%E6%9F%93%E9%98%B2%E6%B2%BB%E5%92%8C%E7%89%A9%E7%A8%AE%E9%91%92%E5%AE%9A/

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