第20屆有庠科技論文獎生技醫藥類得獎者、國立臺灣大學分子與細胞生物學研究所副教授黃筱鈞，從電子工程背景跨足細胞生物學領域，長年致力透過系統與合成生物學方法探索細胞的分裂過程。她的新發現，打破以往科學家對細胞不對稱分裂的理解。

細胞的不對稱分裂對生物體正常發育十分重要。因為不對稱分裂，多細胞生物才得以分化出不同的組織。過去科學家以細胞前後兩極之間相互拮抗（mutual inhibition）的作用來解釋不對稱分裂。但黃筱鈞運用合成生物學策略，解析細胞前後極現象之下更深層的分子行為，她發現，要啟動不對稱細胞分裂，只需其中兩項基本條件：一、極化蛋白的聚合作用（oligomerization），二、後續生成下游功能蛋白之移動及擴散必須受到限制；以往認為的細胞前後兩極相互拮抗並非必須。

黃筱鈞解釋，傳統遺傳學的研究方法，是藉由干擾拮抗作用並觀察實際影響，來驗證因果關係。合成生物學則是由下而上，根據目的來設計「指令」，讓生物體執行、產生預期的結果。她借用大腸桿菌—只行對稱細胞分裂的單細胞生物，作為做「試管」，並用不存在於大腸桿菌、且已知物理化學特性的其他細菌蛋白質，來測試這些現象的發生過程。她的研究團隊成功在大腸桿菌誘發了細胞的極化，且其狀態維持相當時間，足以不對稱開啟基因表現。而當下游具抗藥性蛋白的擴散受到限制後，兩子細胞僅其一能在抗生素的作用下存活，證實了大腸桿菌成功分化。

黃筱鈞認為：「相互拮抗應是隨後才出現的第二層調控。」她的團隊近期透過操作拮抗作用，成功誘發細胞產生第二極，剛出爐的成果令她興奮不已。她說，後續將驗證其於細胞不對稱分裂過程中的功用，也會嘗試尋找演化證據「說服生物學家：大自然就是這樣設計。」


▲實驗室成立至今十年，透過顯微鏡觀看細胞分裂，仍讓黃筱鈞感到開心及療癒，她形容這是種「簡單扎實、無法言喻的平靜愉悅」。圖為2022年底最新研究成果，她的團隊成功在細胞內建立第二極（綠光處）

合成生物學是方興未艾的熱門領域，其應用可有無限想像，例如開發仿生學材料或因應其他環保、醫療之需求。黃筱鈞選擇運用它為工具，進行細胞生物學的基礎研究。她表示，讀大學時雖然選擇電子工程，但後來發現自己更喜歡「科學」，才開始接觸生命科學領域並參與研究。「差別不在數理或是生物領域，而是工程與科學的思維方式不同；工程是優化設計，追求更佳效能，但科學是探索未知，追求其真與美。有趣的是，生命也會透過演化來優化設計、找尋更佳效能。」

黃筱鈞在博士階段正式踏入當時才剛起步的系統生物學領域，並跟隨指導教授的腳步，投入細胞分裂的研究。當時她嘗試把實驗數據化為模型，利用電腦模擬在抗細胞分裂藥物作用下，生存與死亡的生化路徑如何競爭，最後決定癌細胞存活。她解釋，受限於技術，過去多半僅分析一整群細胞的平均行為，但同種細胞株之中，個別細胞生化反應過程的發展不盡一致，其差異卻足以左右細胞的命運，因此科學家近年來開始關注單一細胞的行為。而合成生物學搭配單細胞影像技術等研究工具，更開啟了新的局面。

被問到為什麼該題目能吸引她長期投入，黃筱鈞表示：「對其他題目，我沒有覺得『非我不可』，但我很了解細胞分裂，這算是找到一個不錯的立基點，讓實驗室切入。而過去的數理背景剛好能派上用場。」她說當年完成博士研究的第一個題目時，原本與指導教授討論是否進行另一個合成生物學的題目，但因後來決定先畢業而沒能執行，「所以延續做細胞分裂，也有點像完成當年未竟之事。」

【甄選資訊】
本屆甄選獎項為有庠科技講座、有庠科技論文獎，全面採用線上申請，時間至2023/02/13截止，作業辦法與申請流程說明，請參考線上報名系統。
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