養蠶吐藥──螢光蠶開創新思路

驚呼、讚嘆之餘，引發了更多人的好奇：「為什麼要製造螢光蠶寶寶？」「蠶寶寶肚子裡，究竟賣的是什麼『藥』？」

1990年代末期，台灣養蠶業因不敵大陸養蠶場的低廉成本，不合經濟效益而逐漸荒廢後，曾盛極一時的絲綢工業隨之沒落，目前除了農委會所屬的苗栗農改場仍肩負「保種」工作外，全台灣只剩下兩家養蠶戶，以休閒農場的方式經營。

養蠶取絲雖已無利可圖，但新興的生技產業卻看上了這個古老的人類功臣。6年前，中研院分子生物研究所研究員趙裕展，與苗栗農改場、家畜衛生試驗所合作，決定開發以蠶寶寶做為製造基因工程蛋白的「分子牧場」，為家蠶在台灣打開一條新「思」路。

（中）在蠶寶寶第5齡階段，利用桿狀病毒將豬瘟病毒片段基因帶入，使其產生抗體蛋白。圖中蠶體變紅者，即表示已成功感染發病。

養蠶取「蛋白」

螢光蠶寶寶的功用不在觀賞，也不是吐螢光絲、做螢光衣；而是製造基因工程蛋白。這項養蠶取「蛋白」的創新產業，緣起於趙裕展的桿狀病毒研究。

1996年，趙裕展在國際知名的Nature雜誌上，發表了藉由桿狀病毒殖入水母螢光基因的「螢光蟲研究」，引起各界矚目，只不過當年拿來研究的對象是迷你的菜蟲（小菜蛾的幼蟲），而不是蠶寶寶（蛾的幼蟲）。

趙裕展指出，桿狀病毒有五百多種，大部分各有宿主，不會交互感染，例如家蠶桿狀病毒便具有「專一性」，只會感染家蠶，不會感染其他昆蟲。由於桿狀病毒十分安全，在世界各國都已被核准作為「生物性農藥」──以桿狀病毒替代農藥噴灑於菜葉上，可以防治蟲害，如小菜蛾等田間害蟲感染病毒後，會自然發病死亡。而桿狀病毒對人無害，即便被消費者吃進肚子裡，也不會產生任何影響。

農委會家畜衛生試驗所，正在無菌室中為豬隻施打豬瘟疫苗。

分子牧場

桿狀病毒是許多昆蟲的天然病原，以家蠶為例，桿狀病毒所導致的膿病，原就是家蠶常發生的病害。因此以桿狀病毒作為基因載體，感染家蠶進而製造「外源蛋白」，便成為一種既有效率又經濟的蛋白生產平台。

利用桿狀病毒感染昆蟲，以協助生產基因蛋白的方式，大致如下：

首先將實驗室內選定的基因片段置換到桿狀病毒的轉錄區域中，再和野生型病毒以共轉移方式重組病毒，以重組後的桿狀病毒來感染昆蟲，並將選定的基因帶入。昆蟲感染病毒後，體內自然會產生帶有這種基因表現的抗體蛋白，再抽取昆蟲體液，來「收成」這種基因蛋白。

以家蠶為例，在孵化約半個月、長到指頭般粗細的第五齡階段（吐絲結繭前），以注射或餵食桿狀病毒的方式使其感染，把要生產的蛋白基因帶入，蠶寶寶感染後發病，四、五天後就能收成所需的蛋白質。而在病毒中殖入吸引外界目光的珊瑚、水母螢光基因，目的只是作為標記，以確認蠶寶寶是否已被感染，以及辨識蛋白「表達量」的多寡而已。

趙裕展指出，家蠶能「生產」的基因工程蛋白範圍甚廣，包括動物疫苗（如豬瘟病毒疫苗）、飼料營養添加物（可取代抗生素）、抗菌需求添加物（如用在化妝品中，取代防腐劑）、檢驗試劑蛋白、實驗室用蛋白、工業用蛋白，甚至人類用的疫苗等等。

「速度快、成本低，是最大優點。」趙裕展指出，基因工程蛋白在豬、牛、羊的乳腺上，採直接改造基因（基因轉殖）的方式生產已行之有年，但缺點是這些大型哺乳動物繁殖非常耗時，而蠶寶寶從孵化到生產蛋白質，不到一個月的時間就能完成。

苗栗農改場蠶蜂課課長盧美君則估計，利用蠶寶寶收成基因蛋白，整個流程不過25天，餵食桑葉的總量才20公克，體重即可成長一萬倍，平均一隻蠶可萃取約9.3毫克的蛋白質，經濟效益相當驚人。

從上古迄今，蠶和中國人始終有著千絲萬縷的緊密關係。圖為2005年宜蘭綠色博覽會中的巨大蠶寶寶模型。

先驅專利，申請中

在這項合作計劃中，中研院趙裕展進行桿狀病毒基因工程及感染家蠶的研究，苗栗農改場負責家蠶的選種及後續育種、感染方式的研究，家畜衛生試驗所研究員兼製劑研究組組長黃金城則擔負豬瘟疫苗的開發，黃金鐵三角，要讓台灣傳統的養蠶工業起死回生，走出一條生物科技「新絲路」。

「利用家蠶系統製造豬瘟疫苗，目前在國際上仍屬創新，台灣算是首例，目前已在申請專利中。」黃金城說，希望明年可以完成疫苗開發，取得動植物防疫檢驗局許可，然後技術轉移給藥廠，量產上市。

趙裕展指出，目前生技產業及醫藥業製造基因工程蛋白，主要是利用細菌、酵母菌在發酵槽中無菌培養，其缺點是，發酵槽非常昂貴，技術層次也高，並非一般實驗員可以操作，生產出來的蛋白質藥物價格自然居高不下，例如抗過敏藥物「索雷爾」，一年療程藥價就高達一萬美元。

而家蠶本身就是一個天然的生物發酵槽，不僅成本低廉（一隻才二、三毛錢），生產出來的蛋白質品質也較佳。

趙裕展指出，不同的生物在蛋白質產生後會做不同的修飾（即醣化），昆蟲在演化上屬於高等生物（約在3億年前），較數十億年前即已出現的細菌更接近人類，生產的蛋白質品質活性較高，也較符合動物及人類所需。

包括華裔科學家錢永健在內，3位為生命科學帶來革命性轉變的「綠色螢光蛋白研究」者，獲得今年諾貝爾化學獎。中研院、農委會的科學團隊則將螢光蛋白技術運用在蠶寶寶身上，作為追蹤標記，在動物疫苗的開發上，已有令人驚喜的進展。

蠶「乖」好利用

然而，昆蟲何其多？為什麼獨鍾蠶寶寶呢？主要原因，是它已馴化，且具有昆蟲中少見的、容易掌控的特性。

苗栗農改場課長盧美君指出，家蠶已被馴化幾千年，無法在野外生存，必須靠人飼養；其他昆蟲會自相殘殺，無法養在一起，但蠶寶寶不會，上萬隻擠在一起都相安無事。

趙裕展看中的，除了蠶寶寶體型遠比菜蟲碩大，容易進行基因工程外，主要也是家蠶的易於控制。

「蠶有腳卻不會跑、蛹化成蛾後，有翅膀卻不會飛，是自然界中最『乖』的生物，非常安全。」趙裕展說，轉殖家蠶的基因不會污染其他生物，也不會傳遞、流竄到野外，沒有基因外逸的疑慮。

除了蠶本身的特性外，東方特有、歷史悠久的養蠶文化也扮演重要關鍵。中國養蠶取絲可追溯到四、五千年前的黃帝時期，黃帝元妃嫘祖發明養蠶取絲，其後絲綢更成為西方人眼中的東方象徵。而台灣在日本影響下，早期養蠶工業興盛，農工學校中還設置蠶絲科，迄今蠶寶寶仍是台灣小學生上生物課的入門「寵物」，因此很容易上手。

蠶種優勢

近年台灣養蠶工業雖已沒落，但在苗栗的農業改良場中，仍每年育種、保種，將蠶寶寶的各種不同性狀保存下來。（家蠶無法冰凍長期保存胚胎，必須每年養種。苗栗農改場原有三、四百種家蠶，經過不斷「併種」後，目前剩下163種。）

趙裕展表示，台灣風土氣候極適合養蠶，日據時代養蠶重鎮在台北公館農事試驗場中的「桑苗養成所」（蠶業改良場前身），後來才轉移到苗栗縣公館鄉，至今最好的技術和蠶種都留在台灣。

盧美君表示，苗栗農改場的優勢在於蠶種豐富，可從中篩選出對桿狀病毒最敏感、蛋白質產量最高的蠶種來進行基因工程。

「目前已暫時選定某些品種，但不見得是最好的。」盧美君表示，除了以螢光標記做指標外，未來還要用其他方式去做多方面嘗試，例如，研究蠶寶寶吐絲量與生產蛋白量的關係，甚至可能需要培育新品種。

除了選種的重責大任外，未來苗栗農改場還要積極朝向建立整套養蠶的流程、桑葉品種的改良、感染方式的開發、發展人工飼料等方向努力。

當然，蠶寶寶不是台灣獨有，放眼日、韓、印度、越南等國家都有養蠶工業，養蠶或許難度不高，但在台灣養蠶沒有季節限制也是一大優勢。北國日本只能在夏天養蠶，冬天必須餵食人工飼料，既昂貴，蠶寶寶又不太肯吃；中國大陸除了海南島外，也沒有四季種桑養蠶的條件。台灣是最好的養蠶地，尤其中南部高溫多濕，桑樹冬天休眠期甚短，可確保蠶寶寶食物無虞。

（上）顯微鏡下的豬瘟病毒。

豬瘟疫苗告捷

「科學理論要能活用，」趙裕展指出，台灣向來重視研究論文的發表，卻不重視實際應用。他認為，既然在養蠶和桿狀病毒研究上，台灣都位居先驅，就應藉此發展獨樹一幟的生技產業。

利用家蠶生產基因蛋白的模式，目前在豬瘟疫苗的研發上已有顯著成效。

負責疫苗開發的農委會家畜衛生試驗所組長黃金城指出，相較於生產人類醫療用蛋白的複雜度、嚴謹度，生產動物性疫苗是最容易看到績效的一種方式。

5年前農委會首度嘗試開發豬口蹄疫疫苗，可惜效果不盡理想，雖然出師未捷，但後續研發的豬瘟疫苗卻出奇順利。

黃金城指出，豬瘟是一種豬的急性病毒性感染，又稱「豬霍亂」，死亡率極高。原始的豬瘟病毒毒性很強，「只要一隻病毒就能殺死一隻豬」。

到了民國40年代，曾擔任農復會主委、中興大學校長的李崇道等人，開始在兔子的體內「馴化」病毒──豬瘟病毒會在兔子脾臟中增殖，但卻不能殺死兔子。李崇道率領團隊抽取兔子體內的豬瘟病毒，再打入第2隻兔子體中，如此經過1,000代以上，將病毒慢慢馴化到幾乎沒有毒性，再以此病毒為豬隻注射，就可以達到免疫效果，迄今民間仍大量使用這種減毒疫苗。

減毒疫苗的免疫效果雖佳，但任何疫苗都不可能百分之百預防，而其最大缺點則是無法與野外感染的抗體區分，一旦豬場出現病豬，在無法及早篩檢區隔的情況下，只好進行整場撲殺。

（下）抽取蠶寶寶體液，收成蛋白。

小成本、大回收

至於利用桿狀病毒感染家蠶生產的豬瘟新疫苗，因為只用了病毒的一段基因──E2，只產生E2基因蛋白，因此可與受到野外活病毒感染的病豬（會產生5種蛋白與抗體）明顯區分。

方法是先將豬瘟病毒中的E2基因選殖到桿狀病毒中，透過病毒感染家蠶細胞，讓它表現蛋白時也同時表現豬瘟蛋白基因。再將萃取出的蛋白以油脂佐劑包覆（以避免被消化、代謝掉，可以維持在體內幾個月，持續刺激豬免疫系統發揮作用），製成豬瘟疫苗。

家蠶生產豬瘟疫苗計畫已通過實驗室實驗，目前已在民間豬場做田間實驗，預計在年底前可完成。一旦3階段實驗完成，豬瘟疫苗就可以正式量產上市。

可別輕忽小小家蠶，雖然已屆即將吐絲結繭的第五齡，但染病「死於非命」的犧牲，卻換來極高的產值。黃金城說，一隻家蠶成本不過幾毛錢，就可以生產5劑量的豬瘟疫苗。10平方公尺的場地可以養20萬隻家蠶，就可生產100萬劑量的疫苗。

以產值來論，全球豬瘟疫苗的使用量為8億5,000萬劑（2006年），台灣600萬隻豬，一年使用量約2,000萬劑。

目前荷蘭進口、以細胞培養方式生產的疫苗，市售價每劑約三十多元台幣；台灣傳統的減毒疫苗每劑約5到8元，未來以家蠶模式生產，一劑成本可控制在2元以內。一劑獲利若以3元計，光本地市場獲利就相當可觀。

別懷疑，從純白、斑點到傘節狀，都是蠶寶寶。擔任蠶寶寶「保種」重任的苗栗農改場，目前仍保有163種不同性狀的蠶寶寶。

綠色生技產業

趙裕展強調，用蠶寶寶來生產外源蛋白，是一種非常環保的綠色產業。相較於發酵槽耗費電能，又會產生污水，種桑養蠶不僅沒有上述缺點，而且桑樹可以吸收二氧化碳，第五齡前的「蠶沙」（蠶的糞便）還可以做為中藥材或堆肥。

「如果這個製程發展成功，未來希望能開發更多蛋白性藥物，生產高價蛋白。」黃金城表示，過去台灣生產的動物性疫苗很難外銷，品牌、GMP規格都走不出國門，未來藉此新製程，希望能引進德國著名藥廠到屏東生技園區設廠，一來可提升台灣製藥產業的水準，走向國際化，同時也可藉此機會學習蛋白質藥物的後段（如製劑、保存等）製程。

「目前這套系統太新，沒有人大規模做過，還必須花功夫實驗。」趙裕展說，沒人做過的東西雖有風險，但也因此有更大的機會。

「只需五、六十公頃的土地，就足以生產全世界需要的單一蛋白！」他說，小蠶可以立大功，台灣也不必一味競逐已被大量開發的熱門科技產業，反倒是一些國人居領先地位又有未來發展潛力的產業，值得投注心力培植。

不能鯨吞時，蠶食，說不定是一種更好的方式！

養螢光蠶目的雖不在吐螢光絲、織螢光衣，但不可否認，螢光蛋白技術可能讓台灣養蠶工業起死回生，彷彿這一粒粒螢光蠶繭般，開創出一條「新絲路」。