肥胖基因FTO跨界演出-大尺碼的馬鈴薯、稻穗
我居住的市區,有一個大大的扛棒「胖胖星球」,每次看到這個扛棒,低頭看看自己的肚子,不得不承認自己該成為他們的客戶了。是我的錯嗎? 當然不是,基因的錯!
自從開了GWAS 玩笑之後,筆者好像受到逞罰一樣,一直唸到神奇的生物科技研究,追朔文章中新奇發現的最源頭,竟是幾年或十幾年前某個GWAS研究中找到的變異點,儘管當時研究者都參不透變異點跟疾病為何相關的道理,經過幾年、幾波轉折後,最後都會在不同的研究團隊手中開花結果。前人種樹,後人乘涼,不花研究人員腦筋的GWAS搖身一變,儼然成了推動生物科技的火車頭。
在2007 年,科學雜誌刊出一篇報導,作者利用GWAS的研究方法,鎖定在16號染色體FTO基因附近,有一群變異點跟肥胖有高度相關性。以其中一個rs9939609變異點為例,統計的結果顯示,每帶一個A對偶基因型,BMI可以增加0.36 kg/m2 ( 0.34-0.46 kg/m2 之間),也就是身高160的rs9939609 T/T 女生,還不用刻意減肥,就已經在起跑點,比rs9939609 A/A的女生少了1.8公斤。後續有很多醫學研究都支持FTO基因附近的變異點跟體重,糖尿病真的有關係。然後在小老鼠實驗上拿掉整個FTO 基因,老鼠變瘦。相反的,表達高量FTO 的轉殖小鼠,食量變大體重變重,到此證明高FTO表達量足以導致體重增加。
既使在現代科技發達的今天,估計每年還是有9百萬人死於飢餓。要增加糧食除了破壞自然環境(例如開墾巴西亞馬遜雨林),增加人為耕種面積之外,也可以從增加單位面積的產量(使用農藥?),或最好從效率下手,增加每株作物的食物產量。先說植物界基因體中沒有FTO的同源基因,不知道是哪個天才先想到的點子,大陸的研究團隊在馬鈴薯跟稻米的基因體中轉殖入FTO基因。”莫名其妙”地馬鈴薯硬生生地變大了50%。
每株稻米的稻穗數目也增加大概50%左右。
轉殖植物不只是可以當食物的部分變大變多,根也更粗更長,變得更耐乾旱,在惡劣環境的耐受度更高。對於解決全球飢荒來說,作物能耐乾旱是另一個很了不起的優點。雖然需要更多的研究,才能確定這篇論文的發現是不是可以落實在糧食生產上,但是論文作者在訪問中表示,他們也試過其他植物,基本上每種試過的植物獲得FTO之後都變成很大隻,表示FTO能讓植物變大跟耐旱很可能是個放諸四海皆準的現象。
在人左右4%體重的基因,到了植物界變成增加50%食物質量的魔術,跨界演出原來可以這麼瘋狂。如果幾年後技術從實驗室轉移到農場,而且環境評估也沒有發現FTO基改植物會劇烈改變生態的問題,並且真能用FTO基改植物技術餵飽很多飢荒地區的民眾,筆者很好奇,最終諾貝爾生理醫學獎或和平獎會不會頒給FTO一系列從GWAS 到基改植物的發現。
後記1: 發現FTO蛋白的分子功能是RNA腺苷去甲基酶 (m6A RNA demethylase),也是個天外飛來一筆,很有趣的研究,篇幅的關係沒能在這裡介紹。
後記2: 這篇介紹所用的敘述方式,是典型的後見之明偏誤 (hindsight fallacy)的例子。從十幾年前人類體重的GWAS研究發現FTO開始說起,到今天發現FTO在植物也能增加馬鈴薯的體重結束,容易誤導讀者以為這是一個線性的過程。把這個當作科學進步史中的一個例子,隱射應該利用GWAS能夠當作火車頭的功能,多多進行類似FTO植物一樣的應用性轉譯研究。不過實際上在人類體重的GWAS研究中還同時發現很多基因,大部分的基因這幾年研究下來,在科技應用上目前看起來只是死胡同。FTO是少之又少的成功案例,在成功前沒有人可以猜得準。再者是大陸研究單位在進行轉殖基因研究時,也不是只重壓FTO一個基因,同時一定也試了FTO以外很多基因,但只有FTO有驚人結果,所以論文只揭露FTO的部分,其他失敗的基因都沒提。所以不論從論文中學到人的體重跟馬鈴薯的體重同樣由FTO調控是多麼合理的一件事,看起來多麼像是個歷史上線性的事件,單一前因導致單一後果,這都是後見之明偏誤,實在不能引申跨界演出是個通則。相反的如果要從這個成功的故事說歷史上科學進步有沒有什麼通則的話,反而應該說這又是一個說明科學進步常常是仰賴”機緣巧合”(serendipity)的例子,面對另一個新的研究課題,有數百甚至上千個GWAS研究結果的基因可以挑,能不能有突破性的發展,機緣巧合扮演的角色應該還是不會比合理的邏輯推演來得輕。
參考資料:
有關開GWAS 玩笑的文章
https://gene-box.com/blog/2021/gdf5gene-oa/
發現FTO 跟體重有關的論文
https://science.sciencemag.org/content/316/5826/889.abstract
FTO轉殖馬鈴薯、稻米的論文
https://www.nature.com/articles/s41587-021-00982-9
討論FTO轉殖馬鈴薯、稻米的報導
https://www.smithsonianmag.com/innovation/researchers-transfer-human-protein-plants-supersize-them-180978443/
https://www.anthropocenemagazine.org/2021/07/a-simple-genetic-tweak-surprised-researchers-with-huge-yield-increases-in-rice-and-potatoes/
FTO蛋白的分子功能的研究
https://www.nature.com/articles/nchembio.687