108 地方特考三等 衛生技術 生物技術學 考古題詳解

核心觀念

定位點突變（Site-Directed Mutagenesis，亦稱定點突變）是指在已知 DNA 序列的位置，依實驗目的引入特定核苷酸改變的技術。改變可包括單一鹼基替換、插入或缺失，進而改變基因產物的胺基酸序列、基因表現或調控功能。

此技術的關鍵是「預先指定突變位置與型式」，不同於隨機誘變後再篩選突變株。設計突變時，通常先確認目標序列，再製作含有目標改變的引子或 DNA 片段，將突變導入載體或基因組，最後以定序確認。

解題方法

作答可依序說明三件事：先下定義，再列出兩種常用方法及其基本原理，最後連結到生物技術應用。方法不必詳列每個操作細節，但應指出突變如何被帶入 DNA，以及如何確認突變成功。

常用方法一：重疊延伸 PCR（Overlap Extension PCR）

分別以含目標突變的互補引子，擴增基因的兩個相鄰片段。這兩片段在突變位置具有重疊序列，混合後可藉由重疊區互補配對與延伸，形成含突變的完整基因；再以外側引子擴增全長產物，接入載體並定序確認。

常用方法二：全質體 PCR／QuikChange 法

設計一對互補引子，使目標突變位於引子中間。以此引子對含有目標基因的質體進行 PCR，產生帶有突變的新生質體 DNA。反應後以限制性內切酶 DpnI 消化含甲基化的親代質體，保留新合成的突變質體，再轉形細菌並以定序確認。

其他定位點突變方法還包括以寡核苷酸置換片段、使用重組或基因編輯系統導入指定變異等；但作答列出兩種並說明原理即可。

核心觀念

噬菌體治療（phage therapy）是利用能感染細菌的病毒——噬菌體（bacteriophage）——來控制或清除細菌感染。治療通常選用裂解型噬菌體：噬菌體辨識並附著於特定細菌，將核酸注入細胞、利用細菌的細胞機制複製，最後使細菌裂解死亡並釋出新噬菌體。

噬菌體的宿主範圍通常較窄，常只能感染特定菌種或菌株，因此治療前須確認致病菌，並測試候選噬菌體是否能有效感染該菌。臨床上可使用單一噬菌體，也可使用多種噬菌體組成的混合製劑（phage cocktail），有時搭配抗生素治療。

解題方法

本題是申論題，可依「定義與作用原理 → 優點 → 缺點與限制 → 臨床及研究進展」作答。先說明噬菌體如何選擇性殺菌，再從宿主專一性、抗藥性及微生物相容性等角度分析優缺點，最後區分目前的臨床應用與仍待克服的問題。

一、治療方式與作用原理

1. 分離並鑑定病原菌：取得患者感染部位的細菌，確認菌種或菌株。
2. 篩選有效噬菌體：以宿主範圍測試或斑塊形成等方法，確認噬菌體能感染並裂解該菌。
3. 製備治療用噬菌體：可採單一噬菌體或噬菌體雞尾酒，並進行純化與品質控制。
4. 給予治療：依感染部位採局部、口服或靜脈等途徑；嚴重或難治性感染常考慮與抗生素併用。
5. 監測治療反應：評估細菌量、臨床症狀及細菌是否產生噬菌體抗性，必要時調整噬菌體組成。

二、優點

• 具高度專一性：能針對特定病原菌作用，對正常菌相的影響通常較廣效抗生素小。
• 可用於抗藥性細菌感染：噬菌體的感染與裂解機制不同於抗生素，因此某些對抗生素具抗性的細菌仍可能對噬菌體敏感。
• 具有增殖能力：在適當宿主與感染部位中，噬菌體可複製並增加數量。
• 可組合或更新製劑：以多種噬菌體組成雞尾酒，或依病原菌株篩選與調整，有助於擴大涵蓋範圍、降低細菌逃脫機會。
• 有機會與抗生素產生互補作用：併用治療可利用不同作用機制，作為難治性感染的治療策略。

三、缺點與限制

• 宿主範圍狹窄：同一噬菌體未必能感染同一菌種的所有菌株，治療前須進行病原鑑定與敏感性測試。
• 細菌可能產生抗性：細菌可藉由改變噬菌體受體等方式逃避感染；

核心觀念

本題考查不同幹細胞的來源、分化潛能與醫學用途。作答時應逐一說明細胞如何取得、可分化的範圍，以及在研究或治療上的應用；其中「治療性複製」是取得幹細胞的方法與策略，並非一種天然存在的幹細胞。

分化潛能由廣至窄，可概括為：多能性幹細胞可形成多種身體細胞，但不能單獨發育成完整個體；成體幹細胞通常具有組織或譜系限制，負責特定組織的維持與修復。

解題方法

每小題依「來源 → 分化能力 → 可能用途」作答，再補充其主要限制或特色。四者的區別在於：ESC 取自早期胚胎；ASC 取自出生後的組織；iPSC 由體細胞重新編程而得；治療性複製則以體細胞核移植至去核卵母細胞，建立可供取出胚胎幹細胞的胚胎。

各類幹細胞的來源及可能用途

（一）胚胎幹細胞（Embryonic Stem Cells, ESCs）

來源：​取自早期胚胎囊胚（blastocyst）內細胞團（inner cell mass），在體外培養後建立胚胎幹細胞株。取得細胞通常會破壞該囊胚。

分化能力：​具有多能性（pluripotency），可分化為三胚層來源的多種細胞，例如神經、心肌、胰臟及血球細胞，但不能單獨形成完整個體。

可能用途：

1. 研究胚胎發育、細胞分化及基因功能。
2. 建立疾病細胞模型，供藥物篩選及毒性試驗。
3. 誘導分化為特定細胞，研究未來再生醫療用途。

限制：​若移植細胞未充分分化，可能形成畸胎瘤；異體移植亦有免疫排斥風險，且胚胎來源涉及倫理議題。

（二）成體幹細胞（Adult Stem Cells, ASCs）

來源：​存在於出生後的組織或器官中，負責組織維持及損傷後修復。例子包括骨髓造血幹細胞、間質幹細胞、皮膚幹細胞及腸道幹細胞。

分化能力：​通常具有多向分化能力（multipotency），但分化範圍多受原有組織或細胞譜系限制。例如造血幹細胞可形成多種血球細胞。

可能用途：

1. 骨髓或造血幹細胞移植，用於治療部分血液疾病及血液惡性腫瘤。
2. 皮膚幹細胞用於皮膚修復與燒燙傷照護研究。
3. 間質幹細胞用於組織修復及免疫調節等研究。

特色與限制：​可由患者自身組織取得，較有機會降低免疫排斥與胚胎倫理爭議；但細胞數量有限、體外擴增不易，且分化潛能通常較 ESC 窄。

（三）誘導性多功能幹細胞（Induced Pluripotent Stem Cells, iPSCs）

核心觀念

本題考查基因治療的「基因運送系統」（gene delivery system）：如何將治療性核酸送入目標細胞，並使其在細胞內發揮作用。作答分成兩部分：先整理理想運送方式應具備的條件，再依運送工具分類說明方法。

運送方式的選擇會影響基因能否到達目標組織、進入細胞與細胞核、維持表現，以及是否引起免疫反應或其他副作用。不同方法各有優缺點，須依治療基因大小、目標細胞種類、所需表現時間及安全性需求選擇。

解題方法

先從基因運送的完整流程反推所需條件：運送工具須能抵達病灶、辨識目標細胞、進入細胞，並讓治療基因在細胞內表現；同時避免造成不可接受的毒性、免疫反應或基因組損傷。接著依是否使用病毒載體，將方法分為病毒性與非病毒性，再補充體內與體外基因導入方式。

理想基因運送方式應具備的條件

1. 安全性高：不造成明顯毒性、致病性或嚴重免疫反應，也不應引發插入突變、癌化等不良後果。
2. 運送效率高：能有效保護治療基因，並將其送入目標細胞及適當的細胞內位置；需要進入細胞核表現的基因，須能克服細胞膜與核膜等屏障。
3. 目標專一性佳：優先作用於病灶或特定細胞，降低對正常組織的非預期影響。
4. 基因表現符合治療需求：能提供足夠的表現量與適當的表現時間。短期治療可採短暫表現；需長期治療時則須維持較久的表現，並兼顧安全性。
5. 可容納適當大小的遺傳物質：能裝載所需治療基因及必要調控序列；載體容量不足會限制基因選擇。
6. 適用範圍廣且可達目標細胞：能配合目標組織與細胞特性，並適用於相關細胞的轉染或轉導需求。
7. 製備與操作可行：製造、純化、保存與給藥程序穩定，品質容易控制，且具有臨床應用可行性。

基因運送的方法

一、病毒性載體

利用病毒進入宿主細胞的能力，將病毒基因移除或改造後，裝入治療基因。

• 反轉錄病毒載體（retroviral vector）：可將遺傳物質整合至宿主基因組，表現時間較長；主要限制是整合可能造成插入突變，且對非分裂細胞的導入能力有限。
• 慢病毒載體（lentiviral vector）：屬反轉錄病毒載體，可感染分裂中與非分裂細胞，常用於造血幹細胞等細胞的基因導入；仍須考量基因組整合相關風險。
• 腺病毒載體（adenoviral vector）：導入效率高，通常以非整合方式表現，適用細胞範圍廣；表現多為暫時性，且可能引起免疫反應。
• 腺相關病毒載體（adeno-associated virus, AAV）：相較之下免疫原性較低，可在部分組織維持較長時間表現；載體容量有限，且須考量受試者既有的抗體反應。

核心觀念

本題考查腸道菌叢的非培養分析方法。腸道中許多微生物難以在實驗室條件下培養，因此可直接分析糞便或腸道檢體中的微生物核酸、蛋白質或代謝物，了解菌群組成與功能。

常見方法可分為三類：

• 分析菌相組成：16S rRNA 基因定序、宏基因體定序。
• 分析菌群功能與活性：宏轉錄體、宏蛋白體、代謝體分析。
• 比較菌群多樣性：以定序資料計算 α 多樣性及 β 多樣性。

解題方法

作答時依「看見有哪些菌、推知能做什麼、觀察實際產生什麼」的層次說明，並指出各方法的分析標的與適用限制。

1. 16S rRNA 基因定序 直接萃取檢體 DNA，以通用引子擴增細菌 16S rRNA 基因的可變區，再進行定序。依序列相似度辨認細菌分類，建立菌相組成。此法常用於菌群概況調查，但主要適用於細菌與古菌，且通常只能提供相對豐度；分析解析度也可能不足以區分近緣種或菌株。

2. 宏基因體定序（shotgun metagenomic sequencing） 直接定序檢體中所有微生物的總 DNA，不限於 16S 標記基因。可分析細菌、古菌、真菌及病毒，並較深入辨認物種或菌株，同時推測菌群具有的基因與代謝功能。它呈現的是群落的基因潛能，不等同於基因正在表現或功能正在發生。

3. 宏轉錄體分析（metatranscriptomics） 分析檢體中的總 RNA，通常將 RNA 轉換為 cDNA 後定序，藉此了解菌群正在表現的基因。