基因工程更精準！台大找到控制基因的「開關」

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台大生命科學系副教授周信宏研究團隊發現，細菌基因也有「開關、音量旋鈕」。（記者林曉雲翻攝）

〔記者林曉雲／台北報導〕基因工程不只是把需要的基因「放進去」，還要能控制基因何時啟動、表達多少。台大生命科學系副教授周信宏研究團隊發現，細菌DNA中負責啟動基因表達的「啟動子」，運作就像一套音響系統，其中「−10元件」如同電源開關，決定基因能不能啟動；「−35元件」則像音量旋鈕，控制基因表達強弱。

團隊分析多達1680萬種DNA序列組合，成果刊登國際期刊「自然通訊（Nature Communications）」，未來可為基因工程設計提供重要參考。

如果把基因想成一台機器，「啟動子」（Promoter）就像控制機器運轉的面板。基因雖然存在DNA中，卻不會隨時工作，細菌主要透過啟動子中的「−10」與「−35」2個核心元件與RNA聚合酶結合，進而啟動RNA合成。

過去學界研究基因調控，多把焦點放在負責調控基因的「轉錄因子」，但啟動子本身如何影響基因表達，以及−10、−35究竟如何分工，一直沒有完全釐清。

周信宏與台大醫學院生化所特聘教授詹迺立、台師大化學系副教授李以仁合作，以大腸桿菌為模型，系統性合成、量測及分析1680萬種序列組合的啟動子，並結合電腦模型、單分子實驗與生物化學測量解析。

研究發現，隨機DNA序列要演化成具有功能的啟動子，必須先出現特定的−10序列，就像先裝上「電源開關」，讓基因具備啟動的能力；之後−35序列的細微變化，則像轉動「音量旋鈕」，可以進一步調高或調低基因表達量。

但基因表達也不是「音量」愈大愈好。研究發現，啟動子的「基礎表達量」與可被調控的倍數存在權衡關係，只有適中的基礎表達量，才能擁有最大的調控空間。轉錄因子還能動態改變−35元件與RNA聚合酶的互動，顯示啟動子並非只是被動接受指令，本身也是基因調控的重要角色。

研究團隊表示，這項研究重新確立啟動子在基因表達調控中的核心地位，也對基因工程設計具有指導價值。未來設計基因表達系統時，不只能決定基因「開不開」，還可望透過不同DNA序列，像調整音響一樣控制基因表達強弱，讓基因工程的控制更加精細。