作者:百檢網(wǎng) 時間:2021-11-15 來源:互聯(lián)網(wǎng)
??? *近,一條科技新聞在社交媒體上廣為傳播,“科學(xué)家將被熟
???
新浪微博上的一個相關(guān)新聞文案。圖片來源:新浪微博
??? 其實,相關(guān)研究結(jié)果發(fā)表在了學(xué)術(shù)期刊《ChemBioChem》上。通過閱讀原文[1],我們可以發(fā)現(xiàn)這一技術(shù)的真實意義——讓變性失活、結(jié)構(gòu)亂掉的蛋白質(zhì)恢復(fù)活性,重新折疊成正常的結(jié)構(gòu)。論文的文末,用一小段用于通俗傳播的總結(jié),使用了讓熟雞蛋變生的比喻,僅此而已。
??? 論文原文的末尾有一小段文字,以讓熟蛋返生(uncooking an egg的比喻為開頭概括了技術(shù)原理。圖片來源:研究論文[1]
??? 蛋白質(zhì),重組蛋白的再折疊,和雞蛋的“蛋白”
??? 蛋白質(zhì)是生命活動的主要承擔(dān)者。多樣的氨基酸排列組合,靈活的肽鏈折疊方式,使不同的蛋白質(zhì)得以行使各種各樣的功能。在生產(chǎn)蛋白質(zhì)時,細(xì)胞內(nèi)的“工匠”們會將遺傳密碼翻譯成肽鏈——這些肽鏈像色彩斑斕的毛線,會通過一系列折疊和加工過程被“織”成能發(fā)揮作用的蛋白質(zhì)。
??? 蛋白質(zhì)折疊的過程就好比用“毛線”織“毛衣”。圖片來源:維基百科
??? 織毛衣需要按照特定的方法纏繞毛線才能成形,要得到具有功能的蛋白質(zhì),也需要適當(dāng)?shù)恼郫B過程。當(dāng)?shù)鞍踪|(zhì)周圍的物理、化學(xué)環(huán)境不理想時,蛋白質(zhì)便會“變性”,失去原有的功能——就好像織物的編法被打亂,毛線成了雜亂無章的線團(tuán)。
??? 在科研和技術(shù)實踐中,人們通常將各種“紡毛線”的活交給大腸桿菌或者酵母代勞:通過基因重組“布置任務(wù)”之后,它們會大量表達(dá)目標(biāo)蛋白質(zhì)——這些產(chǎn)品被稱為“重組蛋白”,利用大腸桿菌生產(chǎn)的胰島素就是其中的典型代表。由于重組蛋白的生產(chǎn)流程簡單可控,產(chǎn)量大,且在正確構(gòu)象下和“原生”蛋白幾乎沒有差異,這種技術(shù)大大減少了相關(guān)研究和應(yīng)用里的時間和物力投入。事實上,重組蛋白表達(dá)技術(shù)每年在工農(nóng)業(yè)、醫(yī)藥和環(huán)境領(lǐng)域占據(jù)的市場份兒已經(jīng)達(dá)到了160億余美元[2]。
??? 然而,由于這樣的“毛衣”并不是在它們習(xí)慣的細(xì)胞環(huán)境中生產(chǎn)出來的,所以一些肽鏈在折疊組裝的過程中難免會出錯,成為沒有功能的“亂線團(tuán)”,進(jìn)而聚集為沉淀或者包含體(inclusion body。這個過程和蛋白質(zhì)在不理想的環(huán)境下變性類似,例如蛋清受熱凝固,失去生物活性。可想而知,“毛衣”變成“亂線團(tuán)”的現(xiàn)象會造成人力物力的損失。改善重組蛋白的折疊,也因此成為了研究熱點。
??? 在這個被稱為“熟雞蛋變生”的研究中,加州大學(xué)爾灣分校(University of California, Irvine和西澳大學(xué)(University of Western Australia的研究者們,實際上是研發(fā)出了一套能更快更好地促進(jìn)聚沉重組蛋白在體外發(fā)生再折疊的技術(shù)——換句話說,他們要將淪為“亂線團(tuán)”的蛋白質(zhì)重新變回成品“毛衣”。
??? 蛋白質(zhì)從變性(Denaturation到復(fù)性(Renaturation的示意圖。圖片來源:2012books.lardbucket.org
??? 研究者以三種不同的蛋白為示例對技術(shù)進(jìn)行了說明,這些蛋白分別是小窩蛋白-1(caveolin-1、蛋白激酶A(protein kinase A,PKA和雞蛋清溶菌酶(hen egg-white lysozyme,HEWL——咦,雞蛋清溶菌酶,似乎真的跟“雞蛋”搭上邊了。
??? 熟蛋變生蛋?并沒有
??? 設(shè)法讓變性蛋白質(zhì)重新折疊的技術(shù)并不是沒有,但它們大多費時費力。比如,用高濃度尿素將蛋白質(zhì)完全變性溶解(解開“線團(tuán)”后,再用數(shù)升溶液進(jìn)行數(shù)天的透析來慢慢除去尿素,等這些蛋白質(zhì)一點點折回正確的樣子。而這項研究里,研究者們利用渦流裝置(vortex fluid device,VFD對蛋白質(zhì)包含體懸濁液進(jìn)行旋轉(zhuǎn)處理,從而產(chǎn)生剪切力,將“亂線團(tuán)”快速拆開,輔助蛋白質(zhì)進(jìn)行再折疊。
??? 渦流裝置(vortex fluid device,VFD示意圖。轉(zhuǎn)速足夠高時,液體會均勻貼壁。根據(jù)不同蛋白的性質(zhì),通過調(diào)整轉(zhuǎn)速來調(diào)節(jié)液體內(nèi)的剪切力大小,便能實現(xiàn)包含體的解構(gòu)和蛋白再折疊。圖片來源:研究論文[1]
??? 為了測試這套技術(shù)的本領(lǐng),研究小組確實用了蛋清——不過可不是你想的那樣。他們將蛋清用磷酸緩沖液稀釋后,在90℃下煮了20分鐘,得到了所謂的“熟雞蛋清”。隨后,他們用高濃度的尿素將這份“亂線團(tuán)”給溶了,再利用VFD技術(shù)處理使其中的蛋白再折疊。對其中雞蛋清溶菌酶(hen egg-white lysozyme,HEWL活性的測定表明,哪怕只旋轉(zhuǎn)2.5分鐘,這些溶菌酶也能正確地折疊回來,恢復(fù)大部分活性。對于這些溶菌酶而言,它們的確可以說是從熟雞蛋中的狀態(tài)回到了生雞蛋中的狀態(tài)——不過,這顯然不是把熟雞蛋整個變回生雞蛋。
??? 并不是所有“亂線團(tuán)”都能這樣變回“毛衣”。后續(xù)實驗中,研究團(tuán)隊還測試了小窩蛋白-1(caveolin-1的膜外結(jié)構(gòu)域(這個蛋白在細(xì)菌表達(dá)時中特別容易疊錯,形成沉淀以及分子量相對較大的蛋白激酶A(protein kinase A,PKA。他們的結(jié)果表明,不同的蛋白質(zhì)確實需要不同的處理參數(shù)(轉(zhuǎn)速、處理時間等,相比之下,分子量大的蛋白質(zhì)也更難恢復(fù)活性。不過,盡管應(yīng)用面仍有限制,但相比于耗費數(shù)天的透析,這項技術(shù)的“重織毛衣”速度顯然快得多,而且反應(yīng)在室溫下就能進(jìn)行。這對科研圈和生物技術(shù)產(chǎn)業(yè)而言都是個好消息。
??? 經(jīng)過渦流裝置(vortex fluid device,VFD處理的雞蛋清溶菌酶(HEWL恢復(fù)了活性。縱軸為溶菌酶活性,不同組別從左至右依次為變性的重組HEWL蛋白,經(jīng)固定體積(confined和連續(xù)(continuous的VFD處理后的HEWL蛋白,以及未經(jīng)處理和經(jīng)固定體積的VFD處理后的天然HEWL蛋白。圖片來源:研究論文[1]
??? 技術(shù)雖搶眼,解讀需謹(jǐn)慎
??? 讀到這里,這項進(jìn)展的原貌和現(xiàn)實意義就比較清楚了:實驗本身并不涉及直接把熟雞蛋變生,“返生熟雞蛋”也只是一種對實驗原理的通俗概括。這項技術(shù)可沒辦法讓你餐桌上的熟雞蛋回到烹飪前,但它確實有潛力讓生物公司和實驗室以省時省力省錢的方式,將重組蛋白更快更好地變成正確的樣子。因此,大家大可不必為“三觀被刷”而惶恐,也別急于斥之“無厘頭”。雞蛋還在那,真相也是。(編輯:Calo
??? 相關(guān)報道:美
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