107 高普考普通考試 衛生技術 生物技術學概要 考古題詳解

核心觀念

本題評量生物技術與生物化學領域中​「蛋白質下游分離純化（Downstream Protein Purification）」​的核心技術，涵蓋傳統層析法與現代重組蛋白質基因工程修飾：

1. 管柱層析分離原理：依據蛋白質不同的物理與化學特性（分子大小、表面淨電荷、疏水性、專一親和性），利用固定相（Stationary phase）與移動相（Mobile phase）的交互作用差異達成分離。
2. 蛋白質工程標籤修飾（Affinity Tagging）：利用重組 DNA 技術（Recombinant DNA Technology）在目標蛋白質的 N 端或 C 端融合具特定親和力的胜肽或蛋白質標籤，以利後續進行高專一性、單一步驟的高倍率純化。

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解題方法

1. 第 (一) 小題（常用的管柱層析法及其作用原理，15 分）：

• 切入架構：依蛋白質理化特性的四大維度展開，列舉最經典的四種管柱層析法。
• 作答重點：每一種層析法均清楚交代​「分離依據（性質）」、「管柱填料與作用機制」​及​「洗脫／溶離（Elution）方法」，以獲取滿分評分標準。

2. 第 (二) 小題（純化蛋白質之修飾與其原理，10 分）：

• 切入架構：直接破題指出最常使用的修飾手段為​「融合親和性標籤（Affinity Tag）」。
• 作答重點：具體列舉 3～4 種生技實驗室及工業界最廣泛使用的標籤（如 His-tag、GST-tag、MBP-tag、FLAG-tag），分別點出其標籤組成（4 分）與其專一性結合及競爭洗脫的化學／生物機制（6 分）。

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選項分析

（本題為申論題，無選項分析。評分焦點在於層析法分類的系統性、化學鍵結與作用力本質的精確度，以及標籤洗脫原理的完整交代。）

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解題技巧

1. 條列結構化：申論題切忌寫成長篇散文。各層析法與修飾方法務必以「小標題 $\rightarrow$ 分離依據 $\rightarrow$ 作用機制 $\rightarrow$ 洗脫方式」公式化排版，閱卷老師能一眼對應給分點。
2. 避免常見陷阱：

• 膠體過濾層析出鋒順序：分子量較大者無法進入膠體孔洞，路徑最短，故先被洗脫；小分子會進入微孔，滯留時間長，後被洗脫（切勿記反）。
• 離子交換名詞定義：陰離子交換劑（如 DEAE）自身帶正電，用以吸附「帶負電的陰離子蛋白質」；陽離子交換劑（如 CM）自身帶負電，用以吸附「帶正電的陽離子蛋白質」。
• His-tag 洗脫機制：務必提及咪唑（imidazole）的「競爭性抑制」機制，或降低 pH 造成組胺酸咪唑環質子化而脫離。

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【答案】

(一) 常用的管柱層析法及其作用原理

蛋白質粗萃液經鹽析後，通常依序利用蛋白質的「大小」、「電荷」、「疏水性」與「生物專一性」進行精製。常用方法如下：

1. 膠體過濾層析法（Gel Filtration Chromatography / Size-Exclusion Chromatography, SEC）

• 分離依據：蛋白質分子大小與立體構型（分子量／流體力學半徑）。
• 作用原理：固定相為具特定孔徑（pore size）的多孔性高分子微珠（如 Dextran、Agarose、Polyacrylamide）。移動相流經管柱時，分子量大於孔徑的蛋白質被完全排除在外（Exclusion limit），僅能從微珠間隙通過，路徑最短，最先被洗脫流出；小分子蛋白質則能自由擴散進入微珠內部網孔，路徑曲折，滯留時間長，最後流出，藉此達到依分子量大小依序分離之效果。
• 洗脫方式：使用等張或同緩衝液直接等度洗脫（isocratic elution），無須改變鹽濃度或 pH。

2. 離子交換層析法（Ion-Exchange Chromatography, IEC）

• 分離依據：蛋白質表面靜電荷（淨電荷，Net charge）之差異。
• 作用原理：固定相微珠表面化學接枝帶電官能基，利用靜電庫侖力吸附帶相反電荷之蛋白質：
• 陽離子交換劑（Cation Exchanger）：如羧甲基（Carboxymethyl, CM），帶負電，在緩衝液 $\text{pH} < \text{pI}$ 時，蛋白質帶正電，與管柱結合。

核心觀念

本題測驗病毒載體在分子生物學、基因治療與基因改造動物模型之應用，涉及兩大核心領域：

1. 腺相關病毒（Adeno-associated virus, AAV）之生物學特性與載體優勢：AAV 屬於細小病毒科（Parvoviridae），為單股 DNA（ssDNA）無套膜病毒。作為基因轉殖載體，其在安全性、致病性、免疫反應、組織嗜性（tissue tropism）及宿主細胞染色體整合風險上，相較於反轉錄病毒（Retrovirus）、慢病毒（Lentivirus）及腺病毒（Adenovirus）具備顯著優勢。
2. 反向遺傳學（Reverse Genetics）基因調控技術：

• Knock-down（基因靜默／抑制）：在 mRNA 轉譯層次進行下調，主要利用 RNA 干擾技術（RNAi，如 shRNA、miRNA）。
• Knock-out（基因剔除）：在基因體 DNA 層次造成功能性喪失，主要利用標靶核酸酶（如 CRISPR-Cas9）引發雙股斷裂後之「非同源性末端接合修復」（NHEJ）產生移碼突變，或搭配 Cre-loxP 重組酶系統。
• Knock-in（基因嵌入／敲入）：在特定基因位點精準插入外源序列或點突變，主要利用 CRISPR-Cas9 搭配帶有同源臂的供體 DNA 進行「同源重組修復」（HDR）。

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解題方法

1. 第 (一) 小題切入點（評分比重 10 分）： 採用「橫向對比法」，從「生物安全性（非致病、低免疫）」、「感染宿主廣度（分裂與不分裂細胞）」、「組織特異性（血清型多樣）」、「表現持久性與低致癌風險（以 episome 形式存在）」等面向，分項列舉 4 至 5 個關鍵優點，切忌單寫名詞，應附帶簡要分子生物學機制。
2. 第 (二) 小題切入點（評分比重 15 分）： 將基因操縱依「分子層次」與「效應模式」嚴格劃分為三大維度，每部分各佔 5 分，內容均需包含「搭配技術名稱」、「AAV 遞送內容物」與「細胞內作用機轉」：

• Knock-down：聚焦 mRNA 降解／抑制轉譯（RNAi 技術）。
• Knock-out：聚焦 DNA 雙股斷裂後引發移碼突變之基因破壞（CRISPR-Cas9 / NHEJ 技術，亦可提及 Cre-loxP）。
• Knock-in：聚焦 DNA 雙股斷裂後引發模板引導之精準重組（CRISPR-Cas9 / HDR 技術）。

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解題技巧

1. 比較與關鍵字記憶：

• AAV 核心四特徵：低免疫原性、非致病、血清型多（Tropism廣）、游離體（Episome，低插入突變風險）。
• 三種基因操縱技術代碼：
• Knock-down $\rightarrow$ RNAi（shRNA / miRNA）$\rightarrow$ 影響 mRNA。
• Knock-out $\rightarrow$ CRISPR-Cas9 $\rightarrow$ NHEJ（插入／缺失 indels）$\rightarrow$ 破壞開讀框（ORF）。
• Knock-in $\rightarrow$ CRISPR-Cas9 + Donor template $\rightarrow$ HDR（同源重組）$\rightarrow$ 精準嵌入 DNA。

2. 常見答題陷阱：

• 勿將「AAV」與「Adenovirus（腺病毒）」混淆：腺病毒具強烈免疫反應且基因體為雙股 DNA，AAV 則為單股 DNA 且幾無致病性與極低免疫反應。
• 提及 CRISPR 搭配 AAV 時，應留意 AAV 包裝容量上限（約 4.7 kb）。在回答 Knock-out/in 時，若能主動提及採用小型 Cas9（如 Staphylococcus aureus Cas9, SaCas9）或「雙 AAV 系統（dual-AAV system）」，可大幅提升申論亮點。

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【答案】

(一) 腺相關病毒（AAV）當作基因轉殖工具的優點

核心觀念

本題旨在測驗考生對於生殖醫學生物技術中「胚胎著床前基因檢測」（Preimplantation Genetic Testing, PGT）的臨床應用價值，以及衍生之生命醫學倫理（Bioethics）與法規規範之綜合論述能力。

1. 核心技術定義：

• 試管嬰兒（In Vitro Fertilization, IVF）：將卵子與精子取出於體外受精，培養至囊胚期後植回母體子宮。
• 胚胎著床前基因檢測（PGT）：在胚胎植入子宮前，切片取其滋養層細胞（trophectoderm cells），透過分子生物學技術（如 PCR、NGS、aCGH 等）進行遺傳物質分析。主要分為：
• PGT-A（舊稱 PGS，胚胎著床前染色體篩檢）：檢測染色體數目異常（非整倍體，Aneuploidy）。
• PGT-M（舊稱 PGD，胚胎著床前基因診斷）：檢測單基因遺傳疾病（如地中海型貧血、脊髓性肌肉萎縮症、血友病等）。
• PGT-SR：檢測染色體結構重排（如平衡轉位、倒位）。

2. 相關法規與規範（以命題當年民國 107 年法規為準）：

• 依中華民國《人工生殖法》第 16 條規定，實施人工生殖不得選擇胚胎之性別，但經主管機關核准之嚴重遺傳性疾病不在此限。
• 法律與倫理界限：目前國內法規嚴格禁止非醫療目的之基因編輯、性別挑選或強化性基因挑選。現行法後續雖陸續針對代理孕母或適用對象有修法討論，但對非醫療目的篩選與優生禁止之核心規範始終維持一致。

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解題方法

本題為標準的「技術評估＋倫理批判」申論題型，滿分 15 分，建議採「雙核心對稱論述」架構：

1. 優點層面（臨床醫療與優生效益，約佔 7～8 分）：

• 由微觀至宏觀層次剖析：阻斷特定單基因遺傳病垂直傳播、提升著床率與活產率、降低多胞胎併發症（促成單一胚胎植入 SET）、避免懷孕中後期引產造成的母體身心巨大創傷。

2. 爭議層面（道德哲學與社會公平，約佔 7～8 分）：

• 援引當代生命醫學倫理之四大原則（自主、行善、不傷害、正義）展開論述：胚胎之道德與法律地位（生命權何時開始）、異常或多餘胚胎之銷毀爭議、「訂製嬰兒」（Designer Babies）與新優生學（New Eugenics）危機、性別比失衡風險、檢測費用高昂導致之社會階層基因分化（基因不平等）。

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選項分析

本題為申論題（非選擇題），無個別選項；評分核心在於能否兼顧分子生物學技術準確性與倫理思維廣度。考生若僅偏重技術論述或僅陳述個人主觀道德評判，無法獲得高分。

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解題技巧

1. 專有名詞精準化：答題時精確使用「PGT-A / PGT-M」、「非整倍體（Aneuploidy）」、「囊胚期滋養層細胞切片」等專業術語，能展現科班專業度。

核心觀念

1. 短縱列重複序列（STR, Short Tandem Repeat）： 屬於微衛星 DNA（Microsatellite DNA），為散布於真核生物基因組中的非編碼區重複序列，核心重複單位通常為 $2 \sim 6\text{ bp}$（例如 $\text{AATG}$），重複次數在不同個體間具高度變異性，表現為「長度多型性」（Length Polymorphism）。
2. 孟德爾遺傳法則（共顯性遺傳）： 體染色體 STR 遵循孟德爾遺傳法則呈共顯性遺傳。子代於每一個 STR 基因座（Locus）的兩個對偶基因（Allele），必定有一個遺傳自親生母親、另一個遺傳自親生父親。
3. 親子／手足鑑定統計學原理： 比對數十個獨立遺傳的 STR 基因座（如美國 FBI 規範之 CODIS 核心基因座系統），計算個別基因座之親子關係指數（Paternity Index, PI），連乘求得累積親子關係指數（Combined Paternity Index, CPI），進而計算出親子關係機率（Probability of Paternity, $W$ 或 $PP$），一般以 $> 99.99\%$ 作為確認親緣之客觀標準。

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解題方法

本題為典型的公職考試申論題，採「雙核心分段作答」：

• 第 (一) 子題：先定義 STR 的分子結構特徵與多型性來源，再闡述親代傳遞給子代的遺傳機制（孟德爾定律），最後帶出統計鑑別力（排除率與確認率），層次分明。
• 第 (二) 子題：將作答拆解為「檢體種類」與「檢測方法（實驗流程）」。檢體需區分常規無創檢體、血液檢體與特殊微量檢體；檢測方法則需按分子生物學標準實驗順序（萃取 $\rightarrow$ 定量 $\rightarrow$ 多重 PCR $\rightarrow$ 毛細管電泳 $\rightarrow$ 訊號與統計判讀）完整條列。

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解題技巧

1. 破除常見觀念陷阱：

• 採集毛髮時，必須含有毛囊才含有足夠的核 DNA 進行 STR 分析；自然脫落或剪斷的毛髮主體僅含微量粒線體 DNA（mtDNA），無法用於體染色體 STR 分析。
• 血液檢體中，成熟紅血球與血小板無細胞核，DNA 的主要來源是有核的白血球。

2. 技術名詞精準度：

• 現代法醫與親緣鑑定之標準技術為多重螢光 PCR（Multiplex PCR）​結合毛細管電泳（Capillary Electrophoresis, CE），切忌回答傳統的限制片段長度多型性（RFLP）或瓊脂糖凝膠電泳（Agarose gel electrophoresis），後者解析度不足以區分單一重複單位的長度差異。

3. 突變容許考量（加分亮點）：

• 在實務判定上，因 STR 基因座本身具有約 $0.1\% \sim 0.2\%$ 的自然突變率，故通常要求有 3 個以上 基因座不符合遺傳規則，方能直接排除親權關係。

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【答案】

(一) 短縱列重複序列（STR）應用於親緣鑑定的原理

1. STR 的結構與高度多型性（Polymorphism）：

• STR 是分佈於人類基因組中的短片段串聯重複序列，重複單位長度約為 $2 \sim 6\text{ bp}$。
• 不同個體在特定 STR 基因座上的「重複次數」存在顯著差異，因而在族群中呈現豐富的等位基因長度多型性。

核心觀念

1. 抗體基本結構：單株抗體（IgG）由兩條重鏈（H chain）與兩條輕鏈（L chain）組成，功能上分為抗原結合片段（Fab）與可結晶片段（Fc）；序列上則分為可變區（Variable region, $V_H / V_L$）與恆定區（Constant region, $C_H / C_L$）。可變區內又細分為負責抗原專一性辨識的「互補決定區」（Complementarity-Determining Region, CDR）與支撐結構的「骨架區」（Framework Region, FR）。
2. 免疫原性與人源化歷程：早期鼠源單株抗體（murine mAb, 0% 人源）進入人體會誘發嚴重的「人抗鼠抗體反應」（Human Anti-Mouse Antibody, HAMA），導致血中半衰期驟降且引發過敏。為降低免疫原性，抗體工程依序發展出：

• 人鼠嵌合抗體（Chimeric antibody）：約 65%～70% 人源。
• 人源化抗體（Humanized antibody）：約 90%～95% 人源。
• 全人源抗體（Fully human antibody）：100% 人源。

3. 國際非專利藥品名稱（INN）命名法則：嵌合抗體字尾為 -ximab（如 Rituximab）、人源化抗體字尾為 -zumab（如 Trastuzumab）、全人源抗體字尾為 -mumab（如 Panitumumab）。

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解題方法 本題為標準的「圖示＋比較＋優缺點」三段式申論題（佔 15 分）。答題切入架構如下：

1. 結構圖示（視覺化得分關鍵）：以考場黑白筆能快速呈現的 Y 型結構示意圖，分別標示輕重鏈、可變區與恆定區，並用不同符號（如 [鼠] 與 (人)）明確區隔「鼠源」與「人源」序列。
2. 差異性解說：依工程技術本質（全嵌合 vs. CDR grafting vs. 基因轉殖鼠／噬菌體顯色法）條列結構組成比例與抗體反應差異（HACA vs. HAHA）。
3. 優缺點系統化論述：依免疫原性、血清半衰期、親和力維持、研發技術門檻等四個維度評估，並輔以代表性藥物作結。

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選項分析 本題為申論題，核心評分要素之系統剖析如下：

• 人鼠嵌合抗體（Chimeric mAb）：
• 組成：鼠源可變區（$V_H + V_L$）＋ 人源恆定區（$C_H + C_L$）。
• 關鍵反應：雖克服大部分 HAMA 反應，但仍有約 30%～35% 鼠源蛋白，會誘發「人抗嵌合抗體」（Human Anti-Chimeric Antibody, HACA）。
• 人源化抗體（Humanized mAb）：
• 組成：僅保留鼠源 CDR（共 6 個高變區），其餘骨架區（FR）與恆定區皆置換為人源序列（CDR-grafting 技術）。
• 關鍵反應：免疫原性極低，但鼠源 CDR 接上人類骨架後常導致抗原結合力下降，需進行「骨架回復突變」（Back-mutation）微調立體結構。
• 全人源抗體（Fully Human mAb）：
• 組成：可變區與恆定區 100% 來自人類抗體基因編碼。
• 關鍵技術：利用基因轉殖小鼠（將人類 Ig 基因座置入小鼠，如 Xenomouse）或人類抗體噬菌體顯色庫（Phage display library）製備。

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解題技巧

1. 考場快速作圖法：在國考答案卷上，使用標準 Y 字型，兩側分支代表 Fab，主幹代表 Fc。Fab 前端標註 Variable（可變區），其餘標註 Constant（恆定區）。用「實心／斜線」代表鼠源序列，「空白／虛線」代表人類序列，並在旁加註百分比，閱卷委員一眼即可給予圖示滿分。
2. 高分字彙連結：

• 嵌合抗體必寫出：$V$ 區為鼠、$C$ 區為人、HACA、字尾 -ximab。
• 人源化抗體必寫出：CDR 移植（CDR grafting）、回復突變（Back-mutation）、字尾 -zumab。
• 全人源抗體必寫出：基因轉殖小鼠（Transgenic mice）、噬菌體顯色技術（Phage display）、字尾 -mumab。