基因定序在生物醫學上的應用

• 本書以深入淺出的方式介紹定序原理、基本的序列資料分析以及相關的生物與醫學知識，多多少少可以增進您在這方面的觀念與知識。
• 我們的基因體密碼由染色體上的DNA所組成，DNA是演化上最漂亮的密碼分子。每個染色體上的DNA雙股各居住著各式各樣的基因。這些基因所組成的聚落決定我們的一生。要了解這些組成單位的序列就得依靠DNA定序，在此稱為基因定序。
• 一般人對於基因的印象可能非常模糊，可能只是一條線，或是一個「不太容易瞭解的東西」。對於生物學有初步瞭解的人就可能知道基因是由A、T、G、C的排列組合所形成。再更深一層，從事生物醫學的專業人員就會知道這些密碼序列在基因體內有各種功能單位 (functional elements)，本書將引導讀者逐步走進這個境界。
• 基因密碼表達過程先經轉錄 (transcription) 產生RNA，其中mRNA經轉譯 (translation) 產生蛋白質。基因突變本身並不會直接致病，而是其所編碼的產物（尤其是蛋白質）因結構與性質的改變而導致病變。
• 巨觀與微觀的生命現象是互通的，基因定序正是貫穿巨觀與微觀系統的橋樑。
• 基因體序列極為複雜，非人腦所能處理。未來解讀基因體各種序列的功能需要仰賴AI (artificial intelligence)。然而，目前AI尚在萌芽階段，我們且拭目以待。

邱國平 博士 (Kuo-Ping Chiu, PhD)
玉山生醫科技股份有限公司
(Top Science Biotechnologies, Inc.)
 
學歷：
加州大學戴維斯分校微生物學博士
哈佛大學醫學院 博士後研究員
 
曾任教/職於：
台灣
國立陽明大學微免所
國立台灣大學生命科學研究所
國立中央大學系統生物與生物資訊研究所
中央研究院基因體研究中心
新加坡基因體研究所
美國Bio-Rad Laboratories
 
本書作者邱國平在加州大學戴維斯分校獲得微生物學博士學位，博士論文題目是開發一種定位PCR (in situ PCR) 的方法，以追蹤MMTV病毒對小鼠細胞的感染途徑。接著到美東波士頓，在哈佛醫學院從事博士後研究，主要開發一種三色的螢光定位雜交技術(in situ hybridization)，以觀測乙醯膽鹼受體(acetylcholine receptor)組成蛋白(subunits)之間基因表達的協調現象。之後回到加州，在Bio-Rad Laboratories研發使用流式細胞儀檢測微生物的抗藥性(flow cytometric anti-microbial susceptibility testing)，在這期間開發了數個試劑組，可以快速定性、定量地分析敏感微生物的死亡過程。接著利用時間在Solano Community College學習電腦程式語言，取得電腦程式語言證照，在2002年轉赴新加坡，於新加坡基因體研究所，參與研發一種新型的定序技術，稱為Paired-End Ditag (PED) ，並且負責第一線所有的序列資料分析。工作內容包括使用桑格定序法 (Sanger sequencing) 分析冠狀病毒 (SARS) 的基因突變，以及分析次世代定序(Next-Generation Sequencing, NGS) 的序列資料，特別是454的NGS序列資料。同時，在合作與獨創的計畫中探討了癌症基因突變及其病理、轉錄因子 (transcription factor ) ER (estrogen-receptor) 與C-myc在基因體上的黏合位置 (binding sites) 與鄰近基因表達的關聯性，以及轉錄因子nanog、Oct4、Sox2等對發生 (development) 過程的基因調控，並參與多國高等研究機構（如NIH、RIKEN）的合作計畫。於2008年回到中央研究院，使用多種定序機平台（包括SOLiD、MiSeq與454）從事癌症、創新科技以及PCR試劑組的研發。所開發的TOP-PCR (T oligo-primed PCR)試劑組可以複製單一DNA片段，已經擴展到基因網數位PCR (gene net-digital PCR)，並且經過法醫STR (short tandem repeat) 的測試，進一步證明其超強的複製能力。他同時在多所大學的研究所開課，教授基因定序與序列資料分析，以及生物學相關知識。2020年創辦玉山生醫科技股份有限公司，將試劑銷售至世界各地，並提供定序與序列資料分析等服務。橫跨學術界與生技產業，實驗與生物資訊，發明了10種專利，在國際期刊上共發表50篇科學研究報告，包括於2015年出版的NGS定序原理與分析（書名：Next Generation Sequencing and Sequence Data Analysis，英文版），以及在2023年所發表的台灣獼猴的全基因體定序，研究報告被引用的次數超過15,000次。

第一部分 遺傳物質　1
第1章　DNA分子結構發現之前的生命科學　2
第2章　DNA分子結構的發現　8
第3章　中心教條：從DNA到RNA再到蛋白質　24
第二部分 定序科技的發展　34
第4章　漫談定序科技的源起與演變　35
第5章　第一代（桑格）定序法 (Sanger Sequencing)　51
第6章　第二代（次世代）定序法 (Next-Generation Sequencing)　60
第7章　淺談NGS樣本的選擇與處理　71
第8章　第三代（單分子）定序法 (Single Molecule Sequencing)　83
第9章　三代定序的技術與應用綜合討論　92
第10章　序列資料分析　97
第11章　基因體參考圖譜的演進　113
第三部分 專題討論　120
第12章　專題討論1：微量DNA/RNA的定序分析與我們所開發的生物科技　121
第13章　專題討論2：單細胞定序　29
第14章　專題討論3：早發性乳癌的研究　139
第15章　專題討論4：台灣獼猴基因體定序與組裝　144
第四部分 定序分析的啟示與未來　152
第16章　基因體與環境的互動　153
第17章　基因表達的調控機制　159
第18章　抑癌基因與致癌基因　168
第19章　定序在預防醫學上的應用　174
第20章　AI對基因體學研究的可能影響與貢獻　184
 
無利益衝突宣稱/ 致謝辭　191
中英翻譯對照　192
參考文獻　198
公司資訊　203