揭開微生物世界中的斑紋生成之謎—邱澗庚(Dr. Jian-Geng Chiou)專訪

植微所近年來不遺餘力地網羅在植物及微生物學界優秀出色的研究人員,以拓展相關領域的知識範疇及擴大學術影響力。邱澗庚老師是本所2023年新加入的生力軍之一,在發育生物學、細胞生物學、微生物學等方面有豐富的專業知識及研究經驗,未來也持續投入微生物發育機制研究,來聽聽他的故事吧!

學經歷簡介:
🔹2007 – 2011….B.S. Life Science, National Taiwan University, Taiwan
🔹2012 – 2013….Research Assistant, Agricultural and Biotechnological Research Center, Academia Sinica, Taiwan
🔹2013 – 2019….Ph.D. Genetics and Genomics, Duke University, USA
🔹2019 – 2023….Postdoctoral Research Fellow, Department of Molecular Biology, UCSD
🔹2023~          …..Assistant Research Fellow, Institute of Plant and Microbial Biology, Academia Sinica, Taiwan

起初如何對植物科學產生興趣?

我在大學時期,我修讀的生命科學系是動植物系合併成立的,學習植物的人並不是多數。但對我來說,我並不想使用老鼠等大型動物進行實驗,因此當時要不就選擇果蠅、線蟲、細菌等犧牲了不會心疼的生物作為研究主軸,要不選擇專研植物。直到大三的時候,我才逐漸確定了自己對植物學的濃厚興趣,並決心在這個領域追求更多的知識。

大學時期及擔任研究助理期間的啟發?

回顧大學時期,我曾在台大生科系王俊能老師實驗室深入研究大岩桐花部的對稱性,這個經驗讓我對植物的演化發育感興趣。此外,當時還參與了一個跨領域計畫,讓我接觸到數學在生物研究中的應用。畢業後,我進入了中研院農生中心常怡雍老師的團隊。他的研究專注於阿拉伯芥對熱逆境的反應,而我專注的問題是熱逆境相關基因的分子演化。因此,我的科研生涯算是從演化出發的。

在美國Duke University攻讀博士學位時,是如何選擇研究主題的?

博班畢業時與指導老師Daniel Lew的合照

Duke University有輪流實習的機制,每位博士生第一年須輪調三個實驗室,這項機制的優點是可以讓學生在親自體驗不同研究後,選擇一個自己最有興趣的領域。而我的前兩個實習都是在演化相關的實驗室裡,到了第三輪的輪調時,我決定選擇一個全新且充滿挑戰的領域,那是以研究酵母菌發育,並將數學模型融入的跨領域實驗室。

這個決定不僅是一個知識的拓展,也是對自己學術探索精神的挑戰。我必須學習如何運用數學工具來理解生物學的現象,這對我來說是一個全新的學習過程,也因而讓我義無反顧在博士學位中踏入生物數學的領域。

在美國UCSD當博後的研究主題為何?

我曾在巴賽隆納參加的一場研討會中,我看到了一段極具啟發性的小短片,描述了一群微小細菌如何聚集形成一種神奇的「生物膜」結構。這個生物膜的奇特之處在於,膜內的細菌可以以一種類似於人類神經傳遞訊息的方式互相溝通。這個影片深深震撼了我,也大幅增進想了解這群細菌的動機。我的實驗室是以枯草桿菌作為模式生物,來研究它們的發育過程中類似多細胞生物的斑紋生成模式。

發育中的枯草桿菌生物膜形成同心圓斑紋

可以用科普方式解釋微生物發育機制中的「斑紋生成」模式嗎?

斑紋生成模式涉及到一個關鍵的生物學問題,是在多細胞生物的器官發育過程中。當我們談到器官的形成,我們通常會想到特定基因的表達,它們需要在特定的空間位置上形成一種類似斑紋的分布。這種分布方式是非常重要的,因為它控制著細胞何時以及在哪裡分化,最終形成不同的組織。這是多細胞發育的例子。

類似的斑紋生成模式很常出現在不同生物甚至不同的大小尺度上,譬如單一細胞裡面的蛋白質分布也有斑紋生成的問題。當細胞裡的蛋白質只分布在一個端點,例如,當植物的花粉生長成花粉管時,會朝向一個特定的方向生長,以便授粉。這種單一方向的生長是一種細胞極性模式。然而,神經細胞在形成樹突時,極性的蛋白會卻分布在好幾個不同端點,因此神經細胞會朝多個方向同時生長,這代表另一種不同的極性模式。

我們用酵母菌和其他近緣的真菌物種研究斑紋生成和細胞極性的關係,這個研究有助我們更深入了解微生物的發育過程,並可能揭開一些新的有關細胞發育的普遍原則。

生物膜的研究如何應用到生活當中?

傳統上人們對於細菌的理解停留在單細胞生物,是單打獨鬥的獨行俠。然而,事實並非盡然如此。在適當的環境下,細菌可以形成團體進行合作,也就是前面提到的「生物膜」。這種生物膜具有類似多細胞生物的發育功能,能夠建立堅固的防禦結構,即使使用抗生素也難以擊敗。這種情況在醫學領域造成相當大的挑戰。當病人的傷口受到生物膜汙染時,傷口癒合變得困難重重。同樣地,當醫療器材附著生物膜時,也可能導致嚴重的感染問題。因此,深入了解生物膜的發育模式,可以讓我們更好地應對微生物引發的挑戰,並對未來醫療的精進進一步提供價值。

研究的過程有沒有有趣或困難的地方?

最引人入勝也最具挑戰的地方,莫過於這是一個融合了生物學、物理學和數學等多領域的跨界研究。不同領域有著各自獨特的語言和術語,因此我必須花時間學習物理和數學的專業術語,以更好地溝通和掌握知識。這過程雖然不容易,但也是相當有趣的挑戰。此外,與各個專業背景的夥伴一同工作,能為研究注入更多元的觀點和創意,並帶來全新的見解和思考方式。

幸運的是,在台灣,學生在數學和理科方面擁有相對的優勢,高中時期所學的數學內容已經相當深入。我博班時在研究酵母菌長一顆細胞極性的點與多顆細胞極性的點哪一個才是穩定狀態的數學問題時,發現使用的數學竟然是高中物理學所教的牛頓力學數學公式,這讓我深切體會到,高中時期學習的數學知識居然在博士研究中派上用場是一件很酷的事。

在美國待了近10年的時間,有沒有推薦一些經典的景點?

La Jolla Cove 慵懶的海豹

在加州聖地牙哥UCSD附近有一個度假海灘叫做La Jolla Cove,這個海灘除了能遠眺加州西岸迷人的海岸線外,最特別的是海灘上總是充滿成群的海豹及海獅慵懶的曬著日光浴,看著牠們可愛的樣子相當療癒,而時不時也會看到這些動物吵鬧、打鬥的畫面,非常有趣。這邊還吸引了各種海鳥聚集,彷彿是一個大自然的野生動物園,真的相當特別。此外,海岸線上有步道,草地上也有很多人在野餐,是個可以放鬆心靈的好去處。

另外,在距離La Jolla Cove以北1.6公里附近有一個名為Black’s Beach的海灘,是美國最大的裸體海灘之一,也提供了豐富的戶外活動,如衝浪、滑翔活動等,對於喜歡衝浪和欣賞大自然的人們提供了一個獨特的休閒勝地。

UCSD旁邊的海灘Black’s Beach

在美國難忘的經驗?

在美國的生活中,其中一個特別難忘的經歷,是在有一年的聖誕夜,我正開車外出加油,偶然遇到一位街友向我乞討。我和他開始交談,逐漸發現了他背後的故事。原來,他因為同志身份出櫃被家人趕出了家門,不得已流落街頭,生活變得極其困難。當下我提出邀請,問他是否願意回我家住一晚。當晚,我就煎了漢堡當晚餐一起吃,也讓他有地方洗澡有床可以睡。隔天早上我才載他回原本生活的地方。後來,我得知他實際上是因為藥物成癮需要金錢,我給他的錢一下就花掉了,後來便再也沒有聯絡,但這個經驗在我心中留下了深刻的印象。

工作之餘會從事哪些活動?

在美國生活的這幾年當中,工作之餘,我也相當關心台灣的時事與新聞,必要時發起並參與海外聲援活動。當台灣面臨重大議題或舉辦重要活動時,我覺得這是我貢獻社會議題的一個方式。過去幾年,我參與了許多聲援活動,其中包括婚姻平權運動、反黑箱課綱運動以及318學運等。

這些聲援活動的目的是增進更多人對議題的認識與理解,並希望引起更廣泛的社會關注。我們努力讓更多人了解和理解這些議題的重要性。同時,我們也希望讓海外的聲音傳回台灣,透過媒體和社會傳達我們的支持和關切。

對在植物學領域求學中的學生有什麼勉勵?

我覺得有一個重要的觀念,那就是不要侷限自己。儘管在求學階段會深入研究一個特定的領域,但也不要忘記,在知識的世界中,還有無限廣闊的知識等著去探索。不要讓自己的研究領域成為一道高牆,而侷限在其中。勇敢地跨越領域的界限,去了解其他人在想什麼,嘗試自己從未嘗試過的事情,將知識和技能帶入其他領域,會讓視野更加寬廣。

有時候,當跨越自己的舒適區,去嘗試一些新的事物時,可能會驚訝地發現,自己在那個領域也能表現得很出色。這不僅會豐富自身的知識,還會增加自信心。世界是多元的,知識也是互相關聯的,不斷地學習和成長是做研究真正的樂趣之一。

想瞭解更多有關邱澗庚老師的資訊,歡迎前往:

植微所:https://ipmb.sinica.edu.tw/ch/people/ipmb_researchers/chiou-jian-geng
實驗室網站:https://jchioulab.github.io/landing.html
Twitter (X): @jiangengchiou