美国国家科学院士、加州圣地亚哥史克立普斯研究所化学讲座教授翁启惠,在生物技术研究方面又有新的重大发现,使本来无法表现醣蛋白的大肠菌变成可以大量合成醣蛋白。
据据美国世界新闻网报道,这在醣蛋白的合成技术上是一大突破。将来可以发酵方法合成各种重要的醣蛋白,以供基础研究及开发新药产品,也给基因体研究提供一新的技术平台。
这项新的生物技术由翁启惠和在同一机构服务的舒兹(Peter Schultz)合作完成,研究成果发表在这一期的“科学”(Science)期刊。
翁启惠指出,很多人类及其它生物的蛋白质往往需经过修饰后方能表现功能,而最常见的就是蛋白质与醣分子结合成醣蛋白。大部分的人体蛋白(如抗体、贺尔蒙、造血素、激素及一般酵素)皆是醣蛋白,而一般细菌及病毒(如流感、爱滋、肝炎病毒及SARS病毒)表面的分子皆由醣蛋白所构成,且与其感染活性有重要关系。
醣蛋白合成技术的开发是生技发展的关键之一,而目前仍没有有效的生物或化学技术用以合成此类的复杂生物分子。经常用的组织培养方法相当昂贵,且所得到的醣蛋白皆是混合物,需经相当复杂的分离过程方能制备单一醣蛋白以供研发。翁启惠在醣蛋白合成技术上的突破,可说是后基因时代对蛋白质功能的研究及其应用提供一新的方向。
人体可自行生产的醣蛋白,现在也可以用便宜的大肠杆菌加以培养,这项伟大的突破对开创各种研究和新药产品均有卓越的贡献,也给基因研究提供一个新的工艺平台,这项研发将於今天发表在世界顶尖的科学杂志(Science)。
翁启惠是中研院院士及美国国家科学院院士,他同时在美国圣地牙哥斯克利普斯(Scripps)研究院及中研院基因体研究中心任职,这项成果是他和同一机构的彼得.舒兹(Peter Schultz)共同发表。
熟悉翁启惠研究的中研院基因体研究中心研究员郑义循解释,现在的基因研究,一般大学、高中生都可以轻易用基因重组的方法做出一个蛋白。例如人的基因是在人的身上才有,细菌没有人的基因,但利用基因重组的方法可以容易把人、鼠、猴子、狗的基因放在大肠杆菌里,做出人体的蛋白,这已经是很简单的事。
但是基因重组做出来的蛋白和真正人的蛋白不同,主要不同点在於蛋白制造後还要经过修饰,修饰的本领大肠杆菌不会,只有人才会,所以做出的东西不是「原装货」,因为会有许多重要的功能和原装货不同。
至於为何要把在人体内制造的东西放在细菌里制造?主要是因为如果这个蛋白很有医药价值,人从何处萃取这麽多蛋白来应用?如果用基因重组的办法放在大肠杆菌内,就可以便宜的制作,这些都已经成功了,只是还不是「原装货」。
一个重要的原因是,很多在人和高等生物身上的蛋白都带有醣,蛋白是胺基酸做的,胺基酸有二十种,但并不是二十种胺基酸做出来的蛋白就是原装货,有一些地方必须加上醣的修饰和改造,才是真正的原装货。
所以第一个办法就是制造很纯的蛋白,但是无法等待七、八天从人的身上自然制造,如果能从人体拿出基因,不但取材便宜,放在大肠杆菌内,制造几公斤蛋白都不是问题,这就是生技了不起之处。只可惜当前无人能让大肠杆菌做出被醣修饰过的蛋白,翁启惠的工艺是个突破,他能做出带醣的蛋白,但这只是第一步,将来就可以做出像原装货的蛋白。
郑义循解释原装货与非原装货的差别。非原装货是因为人体对於和自己不同的东西会生成很多抗体免疫反应,人体会分辨何者是外来的,何者是自己的,所以人才会对花粉、粉尘过敏。若是使用非原装货打在人体内,人会生成免疫反应。
例如癌症病人作化疗时,红、白细胞会被破坏,所以氧气不够,人就累了,如果打入一种「原装货」蛋白,能够提升红、白细胞增长速度,病人自然恢复得快,如果非原装货,对病人会有害。如能从便宜的大肠杆菌制造出来「原装货」的蛋白打入人体,人类自然不会有免疫反应,当然比较安全。
从经济上来说,制造红细胞蛋白,最着名的就是美国 AMGEN 生技公司生产的造血素,使癌症病人红细胞制造比较快,以免因为化疗时杀死红、白细胞,造成贫血或不能抗病。这个市场产值数十亿美元,但他们是用复杂的方法开发出来的产品,如果用简单便宜的大肠杆菌做出来,对台湾生技发展会很有帮助,可以马上和大公司竞争。
郑义循指出,在可预见的未来,生技制药都是小分子,也有用蛋白做药物,可以用常规较贵的工艺来做,也可以用便宜的大肠杆菌来做,不但对人体无害,成本也低很多,所以不仅能解决问题,更是关键工艺,不只做红、白细胞的激素,也可以制做任何用蛋白来做的药剂。举凡流感、B肝、C肝、爱滋病都可能应用,如果用蛋白打入人体治疗的,愈像原装货愈好。
郑义循粗估,现今用较复杂方法生产的蛋白和用大肠杆菌生产的带醣蛋白价格至少差十倍以上,甚至还要看工厂规模多大,生产量有多少,而这项突破的工艺并非马上就能生产,也许刚开始只能少量,但只要跳过这一步,随後便能蓬勃发展。
不过他提醒,有了工艺突破後,距离制成药物还要好多年,一般制药五到十年是很平常的,能卖到市场、用到人身上更不只十年,因为还要证明安全性。不过至少这是一个很大的突破,人类可以想象後面各种药物应用的事,许多疾病都可能迎刃而解。
他透露,翁启惠可能会带一些实验回台湾进行,还要台湾生技界菁华的齐力贡献,才能提升国内生技水平和各种应用,这也是他愿意回国服务的目的,以创造未来更多应用。