但以物理學為主導的科學都建立在數學之上,也就是說數學是科學的基礎,那麼現代數學又建立在什麼上面呢?美國數學家庫能(Kenneth Kunen) 算是現代集合論的行家,他就認為現代數學的絕大部分都可以從最為人所熟知的徹美洛—法蘭寇系統(Zermelo—Frankel System),即所謂的ZF集合論中推導出來。所以我們可以合理地推論,既然集合論是數學的基礎而數學又是物理學的基礎,那麼集合論就應該是一切科學的基礎。這就是為何庫能稱集合論為純粹理念世界的萬有理論(the theory of everything)。
公設化集合論(axiomatic set theory)誕生於徹美洛1908年的一篇論文《集合論基礎研究第一部》(Investigations in the foundations of set theory I)。在此論文中徹美洛提出了七個基本公設(axioms),隨後經由法蘭寇和史柯倫(Skolem)在1922年和電腦之父馮紐曼(von Neumann)在1925年的改進和修定,完善了當今ZF集合論的基本架構。這套理論原來的目的是企圖用精確化的形式語言和公設化方法來重建康托集合論(Cantorian set theory),因為康托在他的集合論裡製造出一個以前的數學理論中都不存在的龐大怪獸家族—那就是無限大。更糟的是,無限大居然不只一種,這就是所謂的康托超限集合(Transfinite Sets)。
公設化集合論只允許兩個未定義概念,一個是集合(set) ,另一個是成員(is an element of),用符號∈來表達。集合論中的所有事物都是集合,意思是在集合的宇宙中除了集合之外沒有其他東西。而這些集合之間也只有一種關係存在,那就是∈,對任何兩個事物a、b而言,如果關係a∈b成立,那我們就說a是b的成員或a是b的元素。除了這種成員關係之外集合之間沒有任何其他的關係存在。這就是集合論的宇宙純淨簡潔優美之處,在其中只有一種事物,只有一種關係,其他的一切都是從這裡衍生出來的。
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。
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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。