摘要

5個世界頂尖團隊預計將從英國生物技術暨生物科學研究委員會(BBSRC)獲得1900萬英鎊(約新台幣6億8400萬)資金，以支助目標為著手生物科學基礎問題的冒險創新研究。

團隊的成員由來自16所研究機構的的39位研究人員所組成，將藉由探索當代生物科學前線膽大、令人興奮之問題，期望推進生物科學知識前沿。

藉由追求世界頂尖的研究想法與跨領域研究，這些計畫將集結所需的人、場地與改革性科技，從不同面相解決複雜的生物問題。

此筆來自生物技術暨生物科學研究委員會(BBSRC)之「策略性更長遠更廣大(strategic Longer and Larger, sLoLa)」之計畫經費，目標為催化創新性合作，其可加深對於生命基礎法則之認識，同時可能對農業、衛生健康、生物科技與綠色經濟有深遠的影響。

計畫之目標

這五項計畫旨在：

1. 確定特化的核醣體(ribosome)是如何調控基因表現(gene expression)，其可深入了解在某些癌症與其它與核醣體相關之疾病中，轉譯(translation)是如何出錯的。

2. 發明與改進新塑膠分解酶，其可提升我們回收塑膠廢棄物之能力。

3. 了解細菌的免疫系統是如何運作，其有機會發現在對抗抗微生物劑抗性(anti-microbial resistance)中，自然基因體防衛系統的組合可被如何運用。

4. 確立光是如何催化加速酶反應之機制，其可用在合成熱啟動酶(heat-activated enzymes)無法合成的之全新產物，比如燃料與其他高價值化學物。

5. 了解古老但卻共通的細胞膜修復系統如何發揮作用，其可改善工業生物科技對細菌之運用。

實現革新性改變

英國生物技術暨生物科學研究委員會首席，Melanie Welham教授表示：「長期對發現科學的支助，是締造可使英國處與生物科學研究領先地位的基礎性突破之關鍵。

這5項截然不同之計畫將藉由召集所需的跨領域團隊、技術與國家設施，於長時間尺度追尋生物學前線冒險膽大的研究途徑，以實現革新性改變。

這些計畫有碩大的潛力締造生命科學重要基礎發現，其可推進未來解決全球難題之進展，從處理塑膠汙染到治療癌症，以及在生物藥學(biopharma)、生物科技與其他工業上，具商業化潛力之發現。」

這些計畫為：

1.特化核醣體(Specialised ribosomes)

由里茲大學Julie Aspden博士所領導。

研究團隊將使用機器學習(machine learning)方式，將一系列尖端科技所產出的數據整合到四大真核生物模型(eukaryotic models，其包含真菌、昆蟲、植物與人類)中的，像是：比較基因學(comparative genomics)、核醣體剖析(ribosome profiling)、結構性質譜學(structural mass spectroscopy)、冷凍電子顯微術(cryo‐electron microscopy)及生物奈米科技(bio-nanotechnology)。

這項計畫將可使研究員解析核醣體密碼，其有潛力改寫我們對與轉譯調節(translation regulation)基礎法則的認知。

破解核醣體密碼可深入了解轉譯是如何在核醣體病變(ribosomopathies)及癌症中出錯的。也可揭示操控蛋白質體(proteome)的新、有前途性的方法，因而可擴展未來生物工程技術工具。

這項計畫是8位研究員之合作，其研究員位在：里茲大學、諾丁漢大學以及雪菲爾大學。

2.霉之光催化(Enzymatic photocatalysis)

由曼徹斯特大學的Nigel Scrutton教授領導。

結合當前生物物理、電腦運算與蛋白質工程方法學，這項計畫將應用循環式設計-打造-評估-學習辦法(cyclical design-build-evaluate-learn approach)，來找出光生物催化的可歸納的法則。

此研究團隊也將使用尖端生物物理科技來研究光催化劑(photocatalyst)的功能性，如：低溫阱(cryotrapping)、電子順磁共振波譜法(electron paramagnetic resonance spectroscopy)，與光直譜法(photo mass-spectrometry)。

這將使得他們能夠在產出關於現存光催化酶功能性的新基礎知識之同時，發現設計自然界未有、全新、含黃素(flavin)的光催化劑。

長期來看，這些設計出的光催化劑，可以被用來合成熱啟動酶(heat-activated enzymes)無法合成的全新產物，比如燃料與其他高價值化學物。

這項計畫是6位研究員間之合作，其位在：布里斯托大學、愛丁堡大學與曼徹斯特大學。

3.多層式細菌基因體防衛(Multi-layered bacterial genome defences)

由艾克塞特大學的Edze Westra教授主領。

這項計畫旨在對分子到菌群的多層式細菌基因體防衛系統更廣泛的理解。

研究團隊將使用生物資訊學(bioinformatics)、生物物理與分子生物學方法，來了解基因體防衛系統間的互動係如何保護細菌免受感染。

他們將結合演化實驗(experimental evolution)與數學模型，來找出多層式防衛系統是如何塑形細菌基因體與移動式遺傳元件(MGE)之演化。

透過這項計畫產出的知識，有機會發現自然界中的基因體防衛系統組合，在在對抗抗微生物劑抗性(ARM)中，可以如何被運用。此外，這些基因體組合可在實驗室進一步完善，以製造用於廣泛生物工程應用的新一代基因體編輯工具。

這項計畫是12位研究員間的合作，其位在：杜罕大學、巴斯大學、布里斯托大學、艾克塞特大學、利物浦大學、曼徹斯特大學，與聖安德魯斯大學。

4.創新塑膠分解酶(Novel plastizymes)

由劍橋大學Florian Hollfelder教授領導。

正引人注目的酶群之一，為可分解塑料之酶(被稱作plastizymes)。

塑膠分解酶可用於解決由塑膠產品造成的汙染。塑膠汙染是重要的環境難題，為資源巨量浪費，且也因透過塑膠微粒吸收而可能成為全球健康重大議題。

然而，目前所知道的自然界的塑膠分解酶非常少，而且他們非常沒有效率，不能分解所有類型的塑膠汙染物。

這項計畫目標在藉由結合電腦運算與蛋白質工程等辦法，來發現新塑膠分解酶並改善其催化能力，以解決這些限制。

研究團隊也將運用數項尖端科技：機器學習工具(machine learning tools)，來挖掘總體基因體學(metagenomic)龐大的資料庫；微流道元件(microfluidic devices)中，超高輸出定向演化(ultrahigh throughput directed evolution)技術；基因片段為基礎的(fragment-based)結構分析技術。

長期來看，這些全新的塑膠分解酶，藉由增進我們回收塑膠廢棄物的能力，可以幫助英國達成淨零排放的遠大目標。

此計畫是4位研究員間的合作，其位在：歐洲分子生物學實驗室的優中生物資訊學機構(European Molecular Biology Laboratory’s European Bioinformatics Institute)、倫敦大學學院，與劍橋大學。

5.了解古老、共通的細胞膜作用器(Understanding an ancient universal membrane effector)

由約克大學的Gavin Thomas教授所引導。

此研究團隊將優化新、具改革性的技術，以準確量測微生物活細胞的膜電位(membrane potential)，其包含：生物能量反應室(bioenergetic chamber)及對伏特感應靈敏的染料(voltage-sensitive dyes)。

這些技術可用來幫助找出IM30蛋白質在演化趨異的生物體中，是如何保護細胞免於膜破壞。此將解開關於細胞生命演化早期階段的新基礎知識。

此計畫是9位研究員間的合作，其位於紐卡斯爾大學、巴斯大學、劍橋大學、諾丁漢大學，與約克大學。