114 專利師高等考試 專利師(選試專業日文及生物技術) 生物技術 考古題詳解

核心觀念

本題考查以重組 DNA 技術在細菌中表現人類膠原蛋白，並將實驗室尺度的表現流程放大為工業生產。答題時應依「設計基因與質體 → 建立生產菌株 → 表現與發酵 → 回收、純化及品質確認」的順序說明。

膠原蛋白的典型胺基酸序列具有重複的 Gly-X-Y 結構，常見 X、Y 為脯胺酸及羥脯胺酸。羥脯胺酸有助於穩定三股螺旋結構；一般細菌缺乏人類細胞的膠原蛋白羥化與前驅肽加工系統。因此，細菌可表現重組膠原蛋白或膠原樣蛋白，但產物的羥化程度、三股螺旋形成及生物性質，須依表現系統與後續加工方式確認。

解題方法與主要步驟

可把流程分成「基因與載體設計、菌株建構、放大表現、產物純化與確認」四個階段，並依實際製程先後列出：

1. 取得人類膠原蛋白基因序列 選定要表現的膠原蛋白種類與目標區段，依人類基因序列取得 cDNA，或以 DNA 合成取得編碼序列。確認閱讀框完整，並考量膠原蛋白序列的重複性，以及細菌的密碼子使用偏好。

2. 設計細菌表現質體 將目標基因置於適合細菌的表現調控元件之下。質體通常包含：

• 細菌啟動子與調控序列；
• 核糖體結合位點；
• 膠原蛋白編碼序列；
• 轉錄終止訊號；
• 細菌複製起點；
• 抗生素抗性選殖標記。

若需利於純化，可設計與目標蛋白融合的親和標籤，並在標籤與目標蛋白間加入可切除接合序列。設計時須確保閱讀框正確，並避免標籤影響蛋白折疊或後續用途。

3. 組裝質體並確認序列 以限制酶連接、同源組裝或其他基因組裝方法，將膠原蛋白基因插入表現載體。將組裝產物轉入適合克隆的細菌，挑取菌落後抽取質體，利用限制酶分析及 DNA 定序確認插入片段、方向、閱讀框與序列正確。

4. 建立生產菌株 將確認正確的表現質體轉入適合蛋白質生產的細菌宿主，例如大腸桿菌。以含適當抗生素的培養基選殖帶有質體的菌株，再挑取菌落進行小量培養。

5. 小量表現與條件篩選 以小量培養測試啟動與誘導條件，分析目標蛋白的表現量、可溶性及細胞內分布。視結果調整培養溫度、誘導時點與誘導強度等條件；若蛋白主要形成不溶性聚集體，須評估以變性溶解後再復性，或調整表現條件以提高可溶性。

若產品用途要求羥化膠原蛋白或穩定三股螺旋，需另行設計能提供必要羥化功能的表現或加工系統，並以分析結果確認修飾與結構；不能將「細菌有表現蛋白」直接等同於「已得到天然成熟的人類膠原蛋白」。

核心觀念

非編碼 RNA（non-coding RNA, ncRNA）是由基因轉錄而來、但不作為模板轉譯成多肽或蛋白質的 RNA。它們本身具有功能，常透過鹼基互補配對、結合蛋白質或形成特定結構，參與基因表現調控、RNA 加工、染色質調節及細胞內運輸等作用。

題目已排除核糖體 RNA（rRNA）與轉運 RNA（tRNA），作答時應列舉其他重要 ncRNA，並說明各自功能。ncRNA 可依長度概分為小型 ncRNA 與長鏈 ncRNA，但分類界線不是絕對，考試重點在於名稱與功能能否正確配對。

解題方法

以「RNA 加工與翻譯、基因沉默、染色質與轉錄調控、細胞特定功能」為切入點，列出具代表性的 ncRNA：

• RNA 加工與翻譯：snRNA、snoRNA、miRNA、siRNA、piRNA。
• 染色質與轉錄調控：lncRNA、某些 enhancer RNA。
• 特殊功能：SRP RNA、端粒酶 RNA、circRNA。

不必把所有已知 RNA 種類一一列盡；應優先說明常見、功能明確的代表性種類。

主要非編碼 RNA 及其功能

一、小核 RNA（small nuclear RNA, snRNA）

snRNA 主要存在於細胞核，是剪接體（spliceosome）的組成成分。它與蛋白質形成小核核糖核蛋白（snRNP），辨認前驅信使 RNA（pre-mRNA）的剪接位點，參與內含子移除及外顯子接合，使 RNA 成熟為可供翻譯的 mRNA。

二、小核仁 RNA（small nucleolar RNA, snoRNA）

snoRNA 主要位於核仁，負責引導 rRNA 的加工與化學修飾，例如核糖甲基化及假尿嘧啶化；部分 snoRNA 也參與其他 RNA 的修飾。它常以與目標 RNA 的互補配對定位修飾位置。

三、微小 RNA（microRNA, miRNA）

miRNA 是由基因轉錄並加工而成的小型 RNA，通常與 Argonaute 蛋白等形成 RNA 誘導沉默複合體（RISC）。miRNA 依序列互補性辨認目標 mRNA，抑制其轉譯，或促進 mRNA 降解，藉此調節基因表現。動物 miRNA 常以不完全互補方式結合目標 mRNA。

四、小干擾 RNA（small interfering RNA, siRNA）

siRNA 通常由雙股 RNA 加工而來，亦透過 RISC 引導辨認目標 RNA。其與目標序列通常高度互補，可促使目標 RNA 被切割降解，造成序列特異性的基因沉默；在研究上常用於基因敲低。

五、Piwi 交互作用 RNA（Piwi-interacting RNA, piRNA）

piRNA 主要存在於生殖細胞，與 Piwi 蛋白結合，抑制轉位子（transposon）活動及其造成的基因組不穩定，並參與生殖細胞基因組的保護與調控。

六、長鏈非編碼 RNA（long non-coding RNA, lncRNA）

核心觀念

蛋白質的後修飾（post-translational modification, PTM），是蛋白質合成後，細胞以酵素或非酵素方式，在特定胺基酸殘基或蛋白質末端添加化學基團、切除片段，或改變其共價結構。後修飾可調節蛋白質的活性、穩定性、定位、交互作用及降解，也能擴大蛋白質在不同細胞狀態下的功能。

同一蛋白質可同時具有多種修飾；修飾的位置、程度及組合不同，可能造成不同的生理效應。

解題方法

作答時可依「修飾形式—作用位置或機制—對蛋白質或生理功能的影響」逐項舉例。選取涵蓋面向不同的例子，例如活性調節、定位、蛋白質穩定性與成熟加工，便能完整呈現後修飾的功能。

常見後修飾及其影響

核心觀念

本題考查過敏反應的免疫學機轉，以及臨床如何確認致敏原與判斷檢測結果是否具有臨床意義。作答時須區分「致敏」與「真正過敏」：檢查呈陽性表示免疫系統對該物質有反應，未必代表接觸或攝入後一定會出現症狀。

典型立即型過敏屬於第一型過敏反應，主要由特異性免疫球蛋白 E（IgE）介導。過敏原通常是環境或食物中的蛋白質；具有遺傳或體質易感性的人，免疫反應偏向第二型輔助型 T 細胞（Th2），促使 B 細胞轉換抗體類別並產生特異性 IgE。

過敏發生的原因與機轉

1. 致敏階段：首次或早期接觸過敏原後，抗原呈現細胞將抗原呈現給 T 細胞，Th2 細胞分泌介白素 IL-4、IL-13，促使 B 細胞產生針對該過敏原的特異性 IgE。
2. IgE 固定於效應細胞：特異性 IgE 與肥大細胞、嗜鹼性球表面的高親和力 IgE 受體結合，使這些細胞處於致敏狀態。此時不一定有症狀。
3. 再次暴露與活化：再次接觸同一過敏原時，過敏原交聯細胞表面的 IgE，促使肥大細胞及嗜鹼性球活化、脫顆粒，並釋放組織胺、白三烯、前列腺素及細胞激素等發炎介質。
4. 臨床症狀：血管擴張、血管通透性增加、平滑肌收縮及黏液分泌增加，可造成蕁麻疹、鼻炎、喘鳴、腹痛、嘔吐等症狀；嚴重時可發生全身性過敏反應或過敏性休克。其後續發炎階段常涉及嗜酸性球等細胞，症狀可延續。

過敏原可由吸入、攝食、注射或皮膚接觸進入人體。過敏反應也不全是 IgE 介導；部分食物過敏或接觸性皮膚炎可涉及細胞免疫等機轉。因此，檢測方法應依病史及疑似反應類型選擇。

臨床常用過敏原檢測

1. 病史與理學檢查

診斷從過敏專一性病史開始，了解症狀與接觸特定物質的時間關係、重現性、症狀部位、嚴重度及可能的共同因素，再配合理學檢查。這是選擇後續檢測項目的依據；廣泛篩檢而不參照病史，容易得到難以解讀的陽性結果。

2. 皮膚點刺試驗

將少量標準化過敏原萃取液滴於皮膚，再以點刺方式使其接觸表層皮膚。若局部肥大細胞帶有相應 IgE，通常會形成風團及紅暈；以陽性、陰性對照判讀。

此法常用於吸入性過敏原及部分食物過敏原檢查，具有快速、操作簡便的優點。結果可能受抗組織胺藥物、皮膚狀況及技術影響；陽性代表致敏證據，仍須結合病史判斷是否為真正的臨床過敏。

3. 血清過敏原特異性 IgE 檢測

抽血測量血清中針對特定過敏原的 IgE，可檢測單一過敏原或特定組合，也可使用成分解析檢測辨認對過敏原中特定分子的致敏情形。此法不受皮膚狀況及多數抗組織胺藥物影響，適合不便進行皮膚試驗者。

核心觀念

本題考專利權的地域性及其制度理由。專利權是國家或區域依其法律授予的排他權，效力原則上只及於授予專利的國家或區域。申請人在一地取得專利，不會因此自動取得其他國家或地區的專利權。

專利制度以國家或區域為申請與授權單位，並非全球統一的權利。若要在多個市場取得保護，申請人須依各地制度提出申請，或透過國際合作機制辦理；國際申請程序本身不等於取得一項全球專利。

解題方法

回答時從「專利權由誰授予」切入：專利權源於各國或區域的法律與公權力，各地可依自身的產業政策、技術發展、公共利益及審查制度，決定是否授予、授予範圍與權利期限。因此，專利申請以地域為基礎，權利效力也與授權地域相連。