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生蛋煮成熟蛋,回不去了?——2015搞笑諾貝爾化學獎

2015/02/11 | | 標籤:

文/林宇軒

生米煮成熟飯,生蛋煮成熟蛋以後,想要再把它們變回原本的樣子,大概就只能得到謝安真的那句名言:「可是瑞凡,回不去了。」不過,最新的研究顯示,如果你想要把煮熟的蛋白質變回原樣,還是有簡單的辦法能做到!這個簡單又快速的新方法利用高速旋轉試管產生的剪力,扯開胡亂聚集與折疊的一團團蛋白質,使它們能變回原本的構型,恢復活性。

Credit: Pietro Izzo

Credit: Pietro Izzo

如果科學家想研究蛋白質(或酵素)的功能,需要先把蛋白質從細胞裡面純化出來,才能對蛋白質進行各種實驗。不過許多珍貴的蛋白質純化出來後,常常會折疊成錯誤的構型,導致那些蛋白質失去應有的功能。很多研究人員常煩惱如何量產更多蛋白質,或是怎麼樣從各個純化步驟中回收更多,加州大學爾灣分校(UC Irvine)化學的 Gregory Weiss 教授當然也不例外,因此這回他們發表的研究,就是想出了一個簡單的辦法,能把那些純化過程中折疊錯誤和胡亂凝聚的蛋白質,變回原本正確的折疊構型,以提高蛋白質的回收率。

為了模擬那些折錯且凝聚的蛋白質,Weiss團隊拿煮熟的雞蛋蛋白來做實驗,示範其中的蛋白質的確能夠折疊回原樣,並恢復活性。Weiss 說:「我們並不是真的對雞蛋加工很有興趣,我們的結果只是用來展示這個方法的強大之處」 他繼續說道:「真正的問題是你總是花太多的時間,想把那些很黏的蛋白質從試管壁上刮下來,而你正需要某種回收這些蛋白質的方法。」

困擾的是,舊方法用透析(dialysis)來純化蛋白質分子,做一次要四天才能完成,很貴又很浪費時間,但是他們開發的新方法只需要幾分鐘就結束了!Weiss 還特別強調這個方法快了將近一千倍,而這都要歸功於一台能把凝聚亂疊的蛋白質拉開,再重新折疊回原樣的裝置。

他們首先把雞蛋的蛋白以攝氏90度的高溫煮了20分鐘,裡面的蛋白質會因為高溫的關係,折疊並聚集成各種奇奇怪怪的構型,破壞了這些蛋白質原有的活性。研究的重頭戲則是把蛋白中一種很重要的蛋白質──溶菌酶(Lysozyme)變回原樣。第一步,Weiss 和他的同事加入高濃度尿素以液化固態的蛋白。雖然到這裡已經變成液體,但以分子層次來看,蛋白質分子仍然聚集成一團團沒有功能的物質。他們接著把這些蛋白溶液放進一台漩渦流體裝置(vortex fluid device),這個裝置是和他們合作的南澳洲的福林德斯大學(Flinders university)的Colin Raston 的實驗室設計出來的,這個漩渦流體裝置能快速的旋轉試管,製造出一層層的微流體,利用不同層之間的剪力把那些聚成一團團的小蛋白質球扯開,強迫它們分離,回到正確的蛋白質折疊結構。他們的實驗結果顯示,這個方法使得約82%的溶菌酶恢復活性。

漩渦流體裝置(VFD)圖:試管會傾斜一個角度,並高速旋轉 (Source: figure 1A of original article)

漩渦流體裝置(VFD)圖:試管會傾斜一個角度,並高速旋轉
(Source: figure 1A of original article)

「這個方法會改變工業和研究上製造蛋白質的過程。」研究人員在他們發表的論文中如此寫道。目前,加州大學爾灣分校已經申請專利,該校的技術聯盟辦公室也已和有興趣的商業夥伴合作,把這項技術商業化。

這個新方法能夠大幅降低癌症藥物、食品製造以及生技產業的成本。舉例來說,利用基因重組技術大量生產的重組蛋白就常常會折疊錯誤,食品工業或是其他使用重組蛋白的人,就會因此受益,獲得更高的利潤。另一個例子,許多製藥公司利用倉鼠卵巢細胞來製造癌症抗體,這類細胞製造出來的蛋白不容易發生折疊錯誤,但是這種生產方式開銷龐大,導致成本高昂,若使用Weiss團隊的新技術來修復蛋白的話,就能利用較廉價的大腸桿菌來量產癌症抗體蛋白質,並利用這個簡單的技術提高蛋白質的回收率,如此一來癌症治療的成本將有機會下降,使病人更負擔的起醫療費用。

參考資料:

  1. Chemists find a way to unboil egg whites: Ability to quickly restore molecular proteins could slash biotechnology costs. – ScienceDaily
  2. Shear-Stress-Mediated Refolding of Proteins from Aggregates and Inclusion Bodies.Tom Z. Yuan, et al., ChemBioChem, 2015; DOI: 1002/cbic.201402427

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活躍星系核

活躍星系核(active galactic nucleus, AGN)是一類中央核區活動性很強的河外星系。這些星系比普通星系活躍,在從無線電波到伽瑪射線的全波段裡都發出很強的電磁輻射。 本帳號發表來自各方的投稿。附有資料出處的科學好文,都歡迎你來投稿喔。