文‧張瓊方　圖‧金宏澔

iGEM，是合成生物學界規模最大的競賽。2004年起由麻省理工學院主辦，全球各大學學生組隊角逐。競賽內容為基因工程的創意設計概念，以各種特殊的DNA作為元件，設計組合出一套生物系統，送入生物體中，使其發揮功能。

2013年台灣參賽隊伍，除了陽明大學外，還有台灣大學、交通大學、慈濟大學等，共5個團隊報名參賽。陽明大學iGEM團隊在全球204個參賽隊伍中脫穎而出，相當難能可貴。

做學生想做的

由陽明大學生醫資訊研究所暨系統與合成生物學副教授張傳雄、張菁芬博士及牙醫學系助理教授黎萬君帶領的陽明大學團隊，是台灣第一個報名iGEM競賽的隊伍，該校自2007年參賽至今已經第7年，累積豐富經驗，因此2013年除了該校學生外，還有台北美國學校師生加入見習，為報名高中組競賽作準備。

「這是學生的競賽，老師只是從旁協助，」陽明大學iGEM團隊指導老師張傳雄強調，從2007年參賽主題：為糖尿病患設計的「調控葡萄糖恆定迴路」、2008年為洗腎病人設計的「微生物洗腎機」，到2012年利用光合細菌減少環境中二氧化碳，每年的主題都是由學生自己提案、討論出來的，並非教授主導決定的。

且陽明大學iGEM團隊每年都公開招募新軍，不限系所，只要有興趣，肯投入一整年的課餘時間與心力在準備比賽上，都能加入。

「訓練生手是一個困難的過程，」張傳雄表示，2013年的成員從一開始的四、五十位，慢慢自然淘汰，堅持到最後剩下21位。

正向工程的創意發想

合成生物學是結合工程學、生物學等跨領域的新穎科學，張傳雄解釋，如果生命科學是拆解細胞的「逆向工程」，那麼合成生物學則是建構、兜起基因零件的「正向工程」。目的在利用基因元件設計一個系統，再以生物技術將其送入生物體內，製造出一個可以執行特定功能的生物機器。

「iGEM競賽首重創意，」張傳雄以2013年為例指出，一開始由學生天馬行空發想，然後從兩百多個題目中選出一個主題，再試圖以合成生物學的方法解決它。

提出蜜蜂消失議題的學生蕭宥羽，因祖父在養蜜蜂，過去年年都有蜂王漿可喝，近年卻明顯越來越少，因而想解救蜜蜂。

而其他大學的創意發想也令人印象深刻。張傳雄舉例說，這屆有個團隊讓大腸桿菌在不同階段產生不同氣味，在大量繁殖階段會散發出香蕉氣味，在後面穩定階段則發出薄荷味道，因此當食物發出香蕉氣味時，就知道它已經腐敗了。還有讓細菌產生照片、用細菌的訊息溝通來引伸羅蜜歐與朱麗葉的愛情故事等等，都值得學生們觀摩學習。

沒有蜜蜂的世界

iGEM競賽根據學生設計出的系統可行性、實用價值、創意與報告呈現結果等項目來評分。2013年陽明大學團隊一舉囊括了5項大獎，與蜜蜂消失議題的重要性、研發設計出Bee. coli的實用性有很大的關係。

早在2006年歐美國家即開始爆發大量養殖蜂群離奇失蹤的現象。外勤工蜂一去不復返，卻又找不到殘體，蜂巢內僅剩下少數內勤蜂、幼蟲、卵及蜂王等無法採集食物的老弱殘兵，造成蜂群崩解、死亡。此現象被稱為「蜂群崩潰症候群」。

陽明大學團隊的報告指出，美國2012年有40～50％的蜜蜂死亡，造成1.5億美元的損失。

蜜蜂是大自然中植物繁衍最主要的授粉媒介，沒有蜜蜂採花取蜜，人類將失去三分之一的糧食，如蘋果、花椰菜、小黃瓜、南瓜、苜蓿、棉花、杏仁堅果類等仰賴蜜蜂授粉的植物都會受到影響。因此，沒有蜜蜂的世界，不光只是沒有蜂蜜可以喝，還可能對生態環境造成浩劫。

蜜蜂消失的原因複雜，有人將原因歸咎於全球氣候變遷，蜜蜂棲地減少；也有學者認為是農藥、殺蟲劑污染，蜜蜂將農藥帶回蜂巢裡，生產出有毒的蜂蜜，破壞下一代的中樞神經系統，導致蜜蜂飛航能力、採蜜記憶力都受損。而病毒感染、真菌寄生等問題，更加劇蜜蜂的死亡。

張傳雄指出，歐美學者多從偵測殺蟲劑下手研究，陽明大學團隊則利用改造大腸桿菌來解決蜜蜂遭遇真菌寄生、導致餓死的問題，為處於多重危機的蜜蜂，減少一項危害因子。

真菌（如黴菌）平常以孢子狀態存在於環境中，在養分充足、有利於生長的環境中就會萌發。以它感染蜜蜂為例，蜜蜂沾染上真菌，其孢子會產生萌芽管插入蜜蜂的腸胃細胞中，然後在其中不斷複製產生後代，吸收蜜蜂的養分，導致蜜蜂營養不良餓死。

Bee. coli的三重機制

陽明大學iGEM團隊改造大腸桿菌，以類似雞尾酒療法來控制蜜蜂真菌寄生問題。

大腸桿菌學名E. coli，團隊將改造後的大腸桿菌取名Bee. coli。它以特殊的化學物質包膜，做成膠囊，與蜂農飼養蜜蜂的糖水混合，乾燥成結晶顆粒，讓蜜蜂吃下肚，就有對抗真菌寄生的功效。

Bee. coli一共設計了阻擋真菌進入、殺死已進入蜜蜂體內的真菌、殺死已感染失控的蜜蜂等3重迴路機制。

張傳雄解釋，真菌孢子萌芽管上有一種醣類（Mannost），蛋白質（FimH）偵測到它，就會釋放醣分解酵素破壞它，以阻斷孢子萌發，使其無法進入蜜蜂腸胃細胞中繁衍。

若偵測到蜜蜂已被真菌感染，引發免疫反應所分泌的化學物質（ROS），就能製造抗微生物蛋白（Defensin），殺死真菌。

萬一蜜蜂體內的真菌量已失控過多，無法消滅，此時Bee. coli就會啟動殺死蜜蜂的機制，產生2個酵素，在蜜蜂腸道催化生成酒精，破壞蜜蜂腦部，讓牠在2小時內死亡，以免返巢感染其他健康的蜜蜂，造成集體死亡。

張傳雄指出，一開始選擇大腸桿菌，是因它的操作技術已相當純熟，很容易放入基因；再加上大腸桿菌釋放到環境中無法生存，沒有危害環境的疑慮。

但即使如此，陽明團隊還是設計了大腸桿菌自殺機制，它一旦離開蜜蜂體內，立刻見光死，以免改良過的大腸桿菌釋放到田野間，殺死其他真菌。

張傳雄表示，下一步要以蜜蜂內生的乳酸菌來取代大腸桿菌。「乳酸菌本來就存在蜜蜂體內，是有益菌，可以保護其免疫力。」

蜜蜂的救星

陽明大學iGEM團隊研發的Bee. coli，除了符合合成生物學概念、攸關社會福祉外，還具有實際運用的潛力。

張傳雄表示，目前整個調控迴路已在申請專利中，尚未有廠商接洽生產，但已可以代蜂農偵測蜜蜂是否遭真菌感染，也能進行預防治療。

Bee. coli勇奪世界冠軍的消息在台灣養蜂界已傳開來，已有蜂農來電希望陽明團隊去檢視養蜂場實際感染狀況，還有高雄蜂農帶著發霉的蜂巢直接北上來找張傳雄，希望能解決蜜蜂遭真菌感染的棘手問題。

陽明iGEM團隊研發的「Bee. coli」能否成為蜜蜂的救星？還有精彩的續集可看。

（本文節錄自台灣光華雜誌2014年02月號）

1. 11月赴美參加總決賽，榮獲iGEM競賽的環境類組世界冠軍。
   In November they went to the US to compete in the finals, where they clinched the award for Best Environment Project.
   ◎ clinch　最終贏得
   The football team clinched the No. 1 seed in the playoffs.
   
   
   
2. 2013年的成員從一開始的四、五十位，慢慢自然淘汰，堅持到最後剩下21位。
   The members in 2013 started from a pool of 40 or 50, but only 21 diehards remained in the end.
   ◎ diehard　死忠的（人）adj./n.
   She is a diehard Celtics fan.