聚合酶連鎖反應法(polymerase chain reaction, PCR)是一種利用酵素將特定 DNA 迅速合成、擴增的一種生物技術。
-----廣告,請繼續往下閱讀-----
這個由生化學家穆利斯(Kary Mullis)發明的技術,透過三段溫度控制的方式完成雙股 DNA 的分解(denature),引子黏合(annealing)在解開的單股 DNA 上,開啟延伸合成一股新的互補 DNA 鏈(elongation)的步驟,使 DNA 能在體外(in vitro)複製。不斷重複這樣的過程,就能在數小時之內將特定的 DNA 片段擴增到數百億倍。
所以,Ct 值 37.38 的意義,就是說原始樣本經過 1788.55 億倍擴增,達到 60 pg DNA 的水準。就此回推,原本檢體中新冠病毒特定基因片段的量,大約是 60 pg/1788.55 億,經過單位的互換大約在 3.35 x 10-22 g。
-----廣告,請繼續往下閱讀-----
循環閾值 37.38 代表甚麼?樣本病毒量是多是少?
對於大多數的人來說,我們真正想知道的是,在樣本中有多少病毒?也就是我們常說的拷貝數(copy number)。而前述的 3.35 x 10-22 g 的 DNA 中有多少個擴增片段的拷貝數呢?片段分子量 50925 除以亞佛加厥常數(6.02 x 1024)可以得到一份擴增片段的重量,3.35 x 10-22g 除以上述的一份擴增片段的重量,就可以推估原始樣本當中有多少擴增片段。含量其實相當低,只有約 0.04 個拷貝數,意味著樣本當中可能只有 0.04 隻病毒。
當然這樣的估算還有些其他變因存在。PCR 反應存在著許多的變數,不太可能每次反應結果都會出現完美的 2 的 N 次方。新冠病毒的 RNA 基因體(genome)需要先經過一段稱為反轉錄反應(reverse transcription)的過程,反應效率也會左右最終推算的結果。不過,透過這樣的推算,我們還是可以理解,原始樣本當中病毒的含量仍然是位於相當低的範圍。
1990 年,融合蛋白 CD4 免疫黏附素(CD4 immunoadhesin)誕生。這項設計,是為了對付令人類聞風喪膽的 HIV 病毒。
-----廣告,請繼續往下閱讀-----
我們知道 T 細胞是人體中一種非常重要的白血球。在這些 T 細胞中,大約有六到七成表面帶有一個叫做「CD4」的輔助受體。CD4 會和另一個受體 TCR 一起合作,幫助 T 細胞辨識其他細胞表面的抗原片段,等於是 T 細胞用來辨認壞人的「探測器」。表面擁有 CD4 受體的淋巴球,就稱為 CD4 淋巴球。
麻煩的來了。 HIV 病毒反將一軍,竟然把 T 細胞的 CD4 探測器,當成了自己辨識獵物的「標記」。沒錯,對 HIV 病毒來說,免疫細胞就是它的獵物。HIV 的表面有一種叫做 gp120 的蛋白,會主動去抓住 T 細胞上的 CD4 受體。
而另一端的 Fc 區域則有兩個重要作用:一是延長融合蛋白在體內的存活時間;二是理論上能掛上「這裡有敵人!」的標籤,這種機制稱為抗體依賴性細胞毒殺(ADCC)或免疫吞噬作用(ADCP)。當免疫細胞的 Fc 受體與 Fc 區域結合,就能促使免疫細胞清除被黏住的病毒顆粒。
不過,這裡有個關鍵細節。
在實際設計中,CD4免疫黏附素的 Fc 片段通常會關閉「吸引免疫細胞」的這個技能。原因是:HIV 專門攻擊的就是免疫細胞本身,許多病毒甚至已經藏在 CD4 細胞裡。若 Fc 區域過於活躍,反而可能引發強烈的發炎反應,甚至讓免疫系統錯把帶有病毒碎片的健康細胞也一併攻擊,這樣副作用太大。因此,CD4 免疫黏附素的 Fc 區域會加入特定突變,讓它只保留延長藥物壽命的功能,而不會與淋巴球的 Fc 受體結合,以避免誘發免疫反應。
從 DNA 藍圖到生物積木:融合蛋白的設計巧思
融合蛋白雖然潛力強大,但要製造出來可一點都不簡單。它並不是用膠水把兩段蛋白質黏在一起就好。「融合」這件事,得從最根本的設計圖,也就是 DNA 序列就開始規劃。
我們體內的大部分蛋白質,都是細胞照著 DNA 上的指令一步步合成的。所以,如果科學家想把蛋白 A 和蛋白 B 接在一起,就得先把這兩段基因找出來,然後再「拼」成一段新的 DNA。