促使凝固的蛋白重新溶解，變回液體狀態

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加州大學爾灣分校和澳大利亞的化學家們得到了一項驚天發現：他們找到了一種創新的方法，將蛋白質分離，恢復到其原本狀態。

加州大學爾灣分校化學、分子生物學和生物化學教授Gregory Weiss表示，在論文里，我們描述了使用特殊設備將複雜的蛋白質分離出來，並重新復原的方法。我們將蛋白在90攝氏度的水中煮20分鐘，然後讓其中的一項關鍵蛋白質重新歸序，變回原本面貌。

當然，科學家們並不是對生蛋變熟蛋，再由熟蛋變生蛋的過程感興趣，而是其中蘊藏的巨大技術前景。該技術的最大作用，是大幅降低癌症治療、食品生產的成本。據ChemBioChem雜誌估計，如果大規模商用，將為全球生物技術產業較少1600億美元開支。

那科學家們是如何將熟雞蛋變回生雞蛋呢？

據介紹，當蛋在熱水中煮過之後，在熱量和化學反應催化下，蛋白中的一鍾名為「溶菌酶（lysozyme）」的透明蛋白質會凝固，並變成白色，生成新的化學結構。但在上述技術試驗中，Gregory Weiss和他的同伴們將尿素注入到凝固的蛋白質中，並使用一種渦旋流體（vortex fluid ）設備施以壓力，促使凝固的蛋白重新溶解，變回液體狀態。

聽起來很簡單，但科學家在其中付出了巨大的努力。在傳統方法中，要想對蛋白質再生利用，成本非常昂貴。尤其是醫藥品開發方面，一般都是使用轉基因蛋白質經過特殊加工來代替分子蛋白質。

由於蛋白質很難被分離，所以製藥公司都使用高價的倉鼠卵巢細胞來製作癌抗體，由此帶來的成本自然需要患者支付。

而如果這項技術得到大規模使用，就能快速、廉價地從酵母和大腸菌的細菌中再生成蛋白質，降低抗癌藥物的治療費用。

目前，加州大學爾灣分校已經為該技術申請了專利，其技術和聯盟辦公室也在積極和那些感興趣的商業夥伴接洽。

這一技術的真實意義——讓變性失活、結構亂掉的蛋白質恢復活性，重新摺疊成正常的結構。論文的文末，用一小段用於通俗傳播的總結，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原理。圖片來源：研究論文[1]

蛋白質，重組蛋白的再摺疊，和雞蛋的「蛋白」

蛋白質是生命活動的主要承擔者。多樣的氨基酸排列組合，靈活的肽鏈摺疊方式，使不同的蛋白質得以行使各種各樣的功能。在生產蛋白質時，細胞內的「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，會通過一系列摺疊和加工過程被「織」成能發揮作用的蛋白質。

蛋白質摺疊的過程就好比用「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，也需要適當的摺疊過程。當蛋白質周圍的物理、化學環境不理想時，蛋白質便會「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。

在科研和技術實踐中，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」之後，它們會大量表達目標蛋白質——這些產品被稱為「重組蛋白」，利用大腸桿菌生產的胰島素就是其中的典型代表。由於重組蛋白的生產流程簡單可控，產量大，且在正確構象下和「原生」蛋白幾乎沒有差異，這種技術大大減少了相關研究和應用里的時間和物力投入。事實上，重組蛋白表達技術每年在工農業、醫藥和環境領域佔據的市場份兒已經達到了160億餘美元[2]。

然而，由於這樣的「毛衣」並不是在它們習慣的細胞環境中生產出來的，所以一些肽鏈在摺疊組裝的過程中難免會出錯，成為沒有功能的「亂線團」，進而聚集為沉澱或者包含體（inclusion body）。這個過程和蛋白質在不理想的環境下變性類似，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」的現象會造成人力物力的損失。改善重組蛋白的摺疊，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，加州大學爾灣分校（University of California, Irvine）和西澳大學（University of Western Australia）的研究者們，實際上是研發出了一套能更快更好地促進聚沉重組蛋白在體外發生再摺疊的技術——換句話說，他們要將淪為「亂線團」的蛋白質重新變回成品「毛衣」。

蛋白質從變性（Denaturation）到復性（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進行了說明，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？並沒有

設法讓變性蛋白質重新摺疊的技術並不是沒有，但它們大多費時費力。比如，用高濃度尿素將蛋白質完全變性溶解（解開「線團」）後，再用數升溶液進行數天的透析來慢慢除去尿素，等這些蛋白質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）對蛋白質包含體懸濁液進行旋轉處理，從而產生剪切力，將「亂線團」快速拆開，輔助蛋白質進行再摺疊。

渦流裝置（vortex fluid device，VFD）示意圖。轉速足夠高時，液體會均勻貼壁。根據不同蛋白的性質，通過調整轉速來調節液體內的剪切力大小，便能實現包含體的解構和蛋白再摺疊。圖片來源：研究論文[1]

為了測試這套技術的本領，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衝液稀釋後，在90℃下煮了20分鐘，得到了所謂的「熟雞蛋清」。隨後，他們用高濃度的尿素將這份「亂線團」給溶了，再利用VFD技術處理使其中的蛋白再摺疊。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2.5分鐘，這些溶菌酶也能正確地摺疊回來，恢復大部分活性。對於這些溶菌酶而言，它們的確可以說是從熟雞蛋中的狀態回到了生雞蛋中的狀態——不過，這顯然不是把熟雞蛋整個變回生雞蛋。

並不是所有「亂線團」都能這樣變回「毛衣」。後續實驗中，研究團隊還測試了小窩蛋白-1（caveolin-1）的膜外結構域（這個蛋白在細菌表達時中特別容易疊錯，形成沉澱）以及分子量相對較大的蛋白激酶A（protein kinase A，PKA）。他們的結果表明，不同的蛋白質確實需要不同的處理參數（轉速、處理時間等），相比之下，分子量大的蛋白質也更難恢復活性。不過，儘管應用面仍有限制，但相比於耗費數天的透析，這項技術的「重織毛衣」速度顯然快得多，而且反應在室溫下就能進行。這對科研圈和生物技術產業而言都是個好消息。

經過渦流裝置（vortex fluid device，VFD）處理的雞蛋清溶菌酶（HEWL）恢復了活性。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，經固定體積（confined）和連續（continuous）的VFD處理後的HEWL蛋白，以及未經處理和經固定體積的VFD處理後的天然HEWL蛋白。圖片來源：研究論文[1]

技術雖搶眼，解讀需謹慎

讀到這裡，這項進展的原貌和現實意義就比較清楚了：實驗本身並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，也別急於斥之「無厘頭」。雞蛋還在那，真相也是。（編輯：Calo）

參考文獻：

1. Yuan, T. Z. et al., Shear Stress-mediated Refolding of Proteins from Aggregates and Inclusion Bodies. Chem. BioChem Communications, 2015. doi: 10.1002/cbic.201402427

3. Meyer, H. P., Schmidhalter, D., Innovations in Biotechnology (Ed.: E. Agbo), 2012, pp. 211–250. InTech, Rijeka.

文章題圖：Steve Zylius / UC Irvine

作者：Paradoxian

鏈接：http://www.guokr.com/article/439897/

來源：果殼

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