國際趨勢文章分享-環境分子生物技術發展（106/02）2017/07/20
環境分子生物技術相較於傳統微生物培養和分離法，不僅可縮短分析時間、克服無法培養菌群的解析，且可直接針對標的分子進行定性定量之分析。目前主要研究的標的分子，包括去氧核醣核酸（DNA）、核醣核酸（RNA）和蛋白質等。 三種標的分子所表現的資訊分別如下：一、分析樣品中DNA的基因可知道特定微生物菌種是否存在（如分析16S rRNA gene），或得知其潛在的生化功能（如量測還原性脫鹵基因：rdh genes）；二、量測某一基因之mRNA分子在生物體內表現的濃度高低（expression level），可用來間接推測細胞中此基因的活性狀態；三、偵測酵素（蛋白質）的存在與否或濃度高低，則可直接反應出微生物某特定生化功能的活性，但由於蛋白質在環境中之萃取不易（如蛋白質濃度低或在萃取過程中變性分解），因此，目前分析的標的分子大多以DNA及RNA為主。
環境分子生物監測技術依據其定性定量特性的不同，在應用上有所區隔。目前較常用的技術主要分為四大類：一、菌相結構分析，包含分子選殖（Clonning）和次世代定序（Next generation sequencing, NGS）；二、菌相形態分析，包括掃描式電子顯微鏡（Scanning Electron Microscope, SEM）、穿透式電子顯微鏡（Transmission electron microscope, TEM）、螢光原位雜交（Fluorescent in situ hybridization，FISH）等；三、分子指紋譜，分為尾端限制片段長度多型性（Terminal restriction fragment length polymorphism，T-RFLP）和變性梯度明膠電泳（Denaturing Gradient Gel Electrophoresis DGGE，DGGE）；四、目標基因定量，包括生物晶片（Microarray / Biochip）、階層寡核？酸引子延伸（Hierachical Oligonucleotide Primer Extension, HOPE）、即時定量聚合？鏈鎖反應（Quantitative PCR，qPCR）等。
在菌相結構分析方面，利用Clonning或是NGS，以16S rDNA或功能性基因序列建立微生物資訊資料庫（microbial information database），可獲得細菌/古細菌之族群結構或基因多樣性的資訊。 在菌相形態分析方面，SEM / TEM可提供微生物的2D / 3D型態，與其與周遭環境的結合狀態，而FISH則用於可直接計數具有活性的目標微生物之細胞數。在分子指紋譜方面，T-RFLP及DGGE具備定性之功能，可對所選擇之DNA片段進行指紋圖譜分析，並根據不同DNA片段訊息的強弱來半定量分析物相對的濃度。最後，在目標基因定量方面，Microarray/ Biochip和HOPE技術，可對標的基因片段進行定性定量的分析，具有大量且同時偵測多種DNA的優點，然而其定量的準確度及實驗技術門檻較高。 qPCR則可用來對基因（DNA）或基因表現（cDNA）進行定量分析，由於其定量具有可再現性、靈敏度高的優點，廣泛應用於環境微生物族群及功能性基因的監測，且因其實驗技術門檻較低，成為目前定量分析最可靠的環境分子生物技術之一。
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1.
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