清大生科系四年回顧:誤打誤撞的生物資訊之旅

更新於 發佈於 閱讀時間約 13 分鐘

四年以前,我滿心期待地進入清大生命科學系就讀,
期許自己以後會成為一名在癌症治療領域有新穎進展的科學家;
四年之後的現在,我毫不後悔地繼續在清大生醫學院就讀研究所,
學習如何將電腦的運算能力用在癌症預測的領域。

現在看到這篇文章的你,或許心裡都曾經出現過這些問題:

生科系這麼廣,我們的出路在哪?
別人都笑我們一生科科,是真的嗎?
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曾經,我也像其他人一樣懷疑自己的選擇;之前,我也問過一樣的問題。
不過現在,我找到解答了;這篇文章,就是用我的故事,來一五一十地為君解惑。


理解「生命科學」、破除偏見的最開始

最一開始,很多事情都還符合我的預期:
生命科學課的知識,很多都是我為了研讀癌症,早就有大致探索過的領域;
除了演化學的課程內容,基本上我都是會專心地參與三堂課的課程,
並且還會意猶未盡地問老師問題的那位同學。

但是,這時我對於生命科學的想像,
僅止於生物的層面,卻沒有往「科學」這個詞做探索。

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直到普通物理學、普通化學的實驗課程,打破了我高中時期有的一道偏見:

學習生物不用碰其他科學,像是物理」<-假的!

那時候,其實很多人都認為實驗課只有一個學分,
又需要長時間(約一到六小時,視當天實驗順利程度而定)待在實驗室做實驗,
有時還需要容忍老舊的儀器產生的極大誤差;
以後出去工作或就讀研究所,我們生命科學也不會用到這些物理的公式跟數據,
因此他們也不必付出太多心力在此;
甚或有些人直接偽造數據,交差了事。

然而,我看到原本好好的數據,被改成我完全沒有印象的「好看的數字」就很不是滋味,覺得這根本不是科學帶給我們的精神。
但是,為什麼做科學就不能做數據?這個問題開始在我心中發酵,
於是我決定透過系上開設的「生科研究導讀」訪談系上教授的機會,來好好理解這件事。

教授的回答,讓我第一次知道實作科學該有的心態;
他的話語雖略顯冗長,但直至現在都還迴響在我心中。

實驗課的目的,就是要讓未來可能進實驗室,甚至往學術研究領域的你們,
理解實驗標準流程的內容、基礎的理論,並讓你們累積做失敗的經驗與心態之用;
做不出漂亮的結果,你們可以重做、自己去除錯,或詢問助教;
但直接變造數據,就是毫無根據的一種作為,
自然就不符科學「有幾分證據說幾分話」的根本條件。

那老師,「一日生科,終生科科」是真的嗎?
大學一年級快結束的另一次訪談,有位同組的同學這樣問了我們訪談的老師。

武漢肺炎的快速篩檢試劑,就是你們的跨領域出路之一,不是嗎?
工學院相關背景的人可以理解如何去創造這個產品,而你們就可以用你們的知識背景,理解這個產品的目的,進而去影響他們創造這東西的過程,最終建立起團隊的分工;
這樣你們會沒有出路?會終生科科嗎?
所以,對於這種帶風向的言論,做為大學生的你們,更要懂得去明辨是非;
那都是失意不得志的人來到網路上抱怨而已。信得太深是沒有益處的。

系上這兩位教授的回應,既深切而又真實;
也是這兩位教授,讓我真正開始理解「生命科學」的「科學
到底要用怎樣的角度去看待,也間接影響到現在的我對於研究課題的心態與精神。


內容專業化,頻頻撞牆碰壁的彎路

到了大學二年級,開始有比較進階的課程,
諸如有機化學、生物化學、動物生理學、動物行為學、分子與細胞生物學等。
琳瑯滿目的專業領域課程,不但讓當時的我選擇障礙發作,
更讓我一度在聽課、考試的循環中迷失自我,
找不到自己感興趣的事情,成績更是一路直線下降。
每一次修課都讓我懷疑自己過去的選擇;
我到底清不清楚自己想要的是什麼?

直到升大學三年級的那個暑假,兩個意外的決定,
讓我逐漸清楚自己要走的方向,也不再渾渾噩噩地度日。

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暑假的選課,我選上了「生物資訊」課程。
我雖然已經忘記當初自己按下「選課」那個按鍵時的心態,
但是這門課程,又對我形成了一項衝擊。

不同領域的界線,沒有想像中的那般明顯。

去氧核醣核酸,也就是俗稱的DNA,
由我們朗朗上口的 A(腺嘌呤)、T(胸腺嘧啶)、C(鳥嘌呤)、G(胞嘧啶)組成。
但是光看著這些序列,我們根本不知道它們有什麼值得注意的意義存在;
這時候,生物資訊就給了另一個角度,思考資訊領域對於生物領域的貢獻。

老師上課不只是理論講解,還有讓我們自己練習撰寫 R 語言的程式碼;
結合上課提及的那些基因資料庫,以及 R 語言對於資料的處理方式,
老師就讓我們理解如何用電腦,讓生物的課題能夠更輕鬆地完成。
這前半部分的課,也為我後續小專題的程式撰寫打下了第一份基礎。

生物資訊的方法,也可以讓科學家更理解蛋白質層面的問題。
比如蛋白質的結構、它與周遭其他分子的反應,以及潛在的目標靶點等,
都可以運用 PyMol (註一)等可視化結構的工具輔助我們;
另外,也可以透過 KEGG Kyoto Encyclopedia of Genes and Genomes,註二)
這類的分子反應途徑資料庫,協助我們去判斷、決定應該使用、針對的目標是否可行。

課程最後還有小專題,讓我們整合後半部分的所學,做成一個實驗的提案;
而我當時也成功用了胃幽門螺旋桿菌分泌的「尿素酶」當作主題,拿下了非常高的成績。那次的成功經驗,也讓我之後面對困難時,得以化危機為轉機。

而另一個決定,就是加入實驗室
開始在實驗課以外的地方吸收實驗技巧、研究過程與方法等。


加入實驗室,專題與推甄危機帶給我的出路轉機

雖說大學生活應該自己決定,
可是「加入實驗室」這回事,我也是看著別人紛紛找到自己所屬的實驗室,
覺得自己不加入實驗室就怪怪的,於是就急著寄信跟教授們約時間;
只要有「癌症」這個關鍵字,就通通訪談過一遍。
最後總算是找到老師願意收我做專題生,我的心才逐漸安頓下來。

本來以為這樣就告一個段落的我,還沒有意識到:
要有一分收穫,就得先流汗出力,先一分耕耘一番才行。

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那個暑假我雖然還很懵懂,不知道為什麼要這樣做,
卻還是戮力學習如何閱讀論文、藉此形成問題意識、最後找到自己的研究方向。
然而這樣的努力,卻遲未有任何回報與進展;
最後好不容易找到了方向,卻在向實驗室夥伴報告時,
被指導老師輕易找出破綻:那個竟然是我學姐當時正在做的主題!

當時我除了花時間整理自己的情緒,也從老師教我的小技巧中,
逐漸摸索出我好奇的癌症中,參與它生長為癌細胞過程的其中一條信號通路。
而思考到這個點,就又回想起之前生物資訊課程中,
所教到的 KEGG,那不就是專門解決這種問題的工具

於是我終於找到了另一個符合實驗室研究方向、不跟誰重複,
自己也有興趣想做的主題,用了這個主題投書系上的大專生計劃。

本以為事情就這樣落幕的我,很快又意識到自己想得太一帆風順了。

某天中午,老師請我去辦公室討論一些事情;
這時我才知道自己的題目,因為某些原因被予以不通過。
這時又適逢老師個人投書某計畫的挫折,
於是我們做那個主題的學生,都參加了屬於我們的線上會議。

在那場會議當中,老師調整了他一直以來,
以硼中子捕獲治療與分子機制為主軸的路線;
而我則是從他提示的好幾條新的路線當中,
選擇了「用電腦程式模擬細胞接受療法前後的生存狀況」的小專題。

雖然說我高中也曾經碰過一點點Java、大學又學過一些些R語言,
但是這次要面對的,是從未接觸過的Python。

那時候由於碩士班推甄的壓力,我只能急急忙忙去修讀輻射生物相關的課程,並從論文中看到理論上的公式之後,直接動用人工智慧來 Vibe Coding(註三)。

最後當然有了一些結果,並用它來當作我推甄碩士班研究計畫的內容;
不過現在回想起來,自己當時還真的是在亂來:
所有統計方法都沒有任何使用的理由與理論基礎,
就是一個病急亂投醫的全部用上去。

不過,也是因為這樣,
老師才終於知道我在撰寫程式與「對付電腦」這方面,確實有一定的潛力。
於是他就在推甄結果公布後,建議我碩士班去其他實驗室,或許可以學到更多。

接著,又是一番波折,問了十幾個老師;
因為我是備取較後面的名次,很多老師名額都已經滿額,
於是我只能轉換目標,到生物科技研究所去看看有沒有做生物資訊的老師。
最後還真的被我問到另一位老師,後來就在他的指導下,
開始另一番耕耘:到新竹生物醫學園區實習。


業界的實習,殊途同歸的未完之路

現在的這位老師,相比前一位老師更講究、瞭解「精準醫療」與「生物資訊」的概念,
而且在業界也是人緣豐富;正好他有個計劃需要大四的學生參與,他當時這樣跟我說:

如果我之前學過Python,參加的話正好可以進一步溫習之前的基礎。

於是我就答應老師,利用寒假的這幾個星期,去到新竹生物醫學園區的某新創公司,
當作他們的實習生,並學習如何使用 Python 來實作圖片處理、特徵提取之類。
也是因為有了這次實習,我才比較理解自己以前是多麼亂來:
程式碼沒有版本管控、註解也讓之後的自己看不懂。

而實習過後,我開始對 Python 以及相關的工具更有興趣,
於是除了利用假日的時間,投入 Linux、Git 等工具的學習,
也主動修讀「基因檢測技術與數據分析」,
來瞭解在基因數據分析中,會有的必經步驟:品質檢查、序列比對、差異分析

除了再一次讓我複習生物資訊的基礎,
也讓我知道與癌症相關的資料庫、次世代定序數據的解析,
以及確立自己「用生物資訊角度,解決醫學的問題」的核心目標。


大學四年給我的啟示:大學踏進門,修行在個人

生科系出路的寬廣,或許也正是讓我成為現在的我的原因。

正因為生命科學是一門基礎科學,
它什麼都可以做、生物的課題都能研究。
從環境生態、巨觀與微觀演化、生物醫學、癌症治療與預防,
都是我們可能可以去專攻的領域。

也正是如此,它的出路非常廣泛。
包括法醫、醫學資訊、生技產業,
或甚至海關都可能會需要我們,來發揮生物背景帶給我們的專長。

但是,我覺得可能是因為我們的大環境比較期待「念了某系,以後就做某某工作
這種明確、一問一答、接受他人指導的型態;
而生命科學又是比較沒有明確指引、需要自己探索才會明確的學問,
所以才有「生科系的出路在哪」、「我的前景是不是完蛋了」等疑問。

但是,我想要用這四年的故事告訴讀者:
即使是誤打誤撞,也可以透過個人的努力,與珍惜來的機會,
自己開闢出屬於自己的路;儘管就讀生命科學系,我們也能有屬於我們的出路與前景。

大學之所以不像高中管得嚴,就是想給你這個自由權,
去探索並定義自己的未來,而不是只限縮在舒適圈與學系給你的框架
而就讀生命科學系,或任何一門基礎科學(例如:物理、化學、數學)
都不能指望其他人(或學系本身)替你決定出路;
他們能給的,只是根據他們的經驗,給你的建議;學系本身最多也只給你知識背景。
如果太依賴他人給你建議,我們又不付出只照做,
就會因為 Projection Problem(註四),最後只活出一個片面的未來。

如果未來要有出路,你就必須主動探索與付出。

大學踏進門,修行在個人
-- 白勻 道場主

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下一篇,我會分享「為什麼我選擇 Ubuntu 做為好夥伴?」,敬請期待!


註解區

註一:PyMol
一種分子三維結構顯示軟體,
專攻創作高品質的小分子或是生物大分子(蛋白質)的三維結構圖像。
詳見:維基百科

註二:KEGG,京都基因與基因組百科全書
由日本制定的人類基因組計畫;
為關於基因、基因組、蛋白質、酶反應,以及生物化學物質的網絡資料庫。
詳見:維基百科

註三:Vibe Coding
一種新興的軟體開發方法,利用人工智慧根據使用者的自然語言生成程式碼,
從而加速開發的進度。
詳見:維基百科

註四:Projection Problem
將三維分子投影到二維影像、而失去方向資訊所引起的核心難題。
這在單顆粒冷凍電子顯微術(cryo‑EM)中尤為顯著。
Cryo‑EM 產生的每張影像都是來自不同隨機方向的 2D 投影,
而這些方向(投影角)在實驗中無法直接獲得,
導致重建 3D 結構時缺少關鍵位置資訊。

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