2022-PACOmega 生產純淨EPA

(圖片可連結至iGEM Wiki網頁)

2020年，世界衛生組織（WHO）公佈了2000年至2019年期間全球死亡和殘疾的主要原因。
其中，心臟相關疾病為首要的死因。在2000年時造成了200萬人的死亡，而到2019 年增為900 萬人。
如果將血管相關疾病也計算入內，因心血管疾病(CardioVascular Diseases; CVD)死亡的人數，可達17900萬人。

CVD在台灣也是嚴重的問題。根據官方統計，心臟病是年度第二大死因，每年約有 2.2 萬人死亡，而第一大死因是癌症，每年導致 4.8 萬人死亡。
然而，如果考慮到所有血管疾病，如腦血管疾病、糖尿病、高血壓、腎臟疾病等，與心血管疾病相關的死亡人數遠遠多於癌症造成的死亡人數。

在人體內，心血管系統負責將營養物質和氧氣等必需物質輸送到每個細胞，並清除代謝廢物。心血管系統的惡化是進行性的，而且過程複雜。
然而，與心血管疾病相關的重要危險因子是不健康的飲食、缺乏身體活動、吸菸、過度飲酒和老化。
危險因子對個體的影響可能表現為高血壓、高血糖、高血脂和肥胖。

國立中正大學位於台灣最老化的城市，民雄鄉。由於我們了解到老化是心血管疾病的重要危險因素，而且在未來的老化社會中情況只會變得更糟，因此我們決定今年應對心血管疾病危機。

為了找到可能的解決方案，我們首先諮詢了台大醫院的心臟科醫生（應要求未顯示姓名）。從我們的討論中我們了解到，由於嚴重CVD的突發性和劇烈性，早期CVD的預防勝於治療。 CVD 的一個重要原因是血管中氧化低密度脂蛋白 (LDL) 的積累，但服用二十碳五烯酸 (EPA) 補充劑可以降低 CVD 的風險 (Sherratt, Libby et al. 2022)。

EPA 可以透過多種方式預防 CVD。在動脈中，EPA 保留膜結構並調節膽固醇分佈。在血球中，EPA可以將血紅素分裂成多種還原劑，從而清除自由基，並減少氧化性低密度脂蛋白的累積。因此，EPA 可以防止氧化 LDL 引起的發炎。在血管環境中，EPA還可以透過增強一氧化氮的產生來放鬆周圍的平滑肌，以避免嚴重的CVD（Peter，John et. al.，2022）。因此，EPA 聽起來像是一種很有前途的膳食補充劑候選者。

然而，我們的進一步調查顯示，EPA的常見來源—魚和魚油，可能存在一些問題。

首先，魚油是二十二碳六烯酸(DHA) 和EPA 的混合物，最近的一項隊列研究表明，如果與DHA 混合，EPA 預防CVD 的益處就會被消除（Sherratt, Libby et. al.，2022） 。其次，魚類是海洋食物鏈的頂端，因此重金屬和微塑膠等污染物可能會積聚在魚類和魚油中。此外，使用魚類作為EPA的來源會耗盡海洋資源。最後，魚油中的 EPA 不適合素食主義者。素食者的數量相當可觀，而且還在增加。由於大多數 EPA 來源都是非素食，因此對素食友好的 EPA 可能會打開新市場。

因此，我們決定應用合成生物學來生產純且素食友善的 EPA。

為了生產純 EPA，我們決定在大腸桿菌中表達 EPA 生產基因 pfa A、pfa C、 pfa D和 pfa E（來自 Moritella marina）以及 pfa B' 基因（來自 Shewanella pneumatophori）。
此外，我們計劃增加原料丙二醯輔酶A，透過將ACC複合物（來自谷氨酸棒桿菌）與 pfa 基因共表達來提高EPA產量。
最後，添加化學淺藍素來抑制競爭性脂肪酸合成途徑，進而增強 pfa 基因的功能。

EPA 是解決 CVD 危機的答案之一。然而，還有其他與心血管疾病相關的危險因子。為了更全面地預防CVD，我們諮詢了營養師 Miranda Chen。她指出，預防心血管疾病應從優化日常生活開始，特別是日常運動和飲食，培養健康的生活習慣可以改善血管健康。

因此，我們決定提高大眾對心血管疾病嚴重性的認識，並更重視心血管疾病的預防。同時，我們也試圖強調健康生活方式的重要性。這些想法匯集在一起形成了 PACOmega 這個題目。

在PACOmega計畫中，我們將CVD預防解決方案分為兩部分。第一個是健康生活，第二個是健康飲食。

在健康生活方面，我們透過校園步行 活動促進規律運動。

在健康飲食部分，我們透過線上食譜推廣健康飲食的概念。此外，我們應用合成生物學來生產純 EPA。這種方法將提供 EPA 補充劑的替代來源，涵蓋魚油無法實現的目標。

我們共同相信，PACOmega 計畫將為解決 CVD 危機做出寶貴貢獻。

參考：

  1. Sherratt, S. C. R., P. Libby, D. L. Bhatt and R. P. Mason (2022). "A biological rationale for the disparate effects of omega-3 fatty acids on cardiovascular disease outcomes." Prostaglandins Leukot Essent Fatty Acids 182: 102450.
  2. Peter, P. Toth, M. J. Chapman, K. G.Parhofer, J. R. Nelsone (2022). "Differentiating EPA from EPA/DHA in cardiovascular risk reduction." American Heart Journal Plus: Cardiology Research and Practice 17:100148
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