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科學講堂:黑眼豆病毒「毒有毒荂v

2016-06-01

弱酸下抽離蛋白質外殼 作藥物載體顯影劑

大概許多人都患過流行性感冒,流感其實是由病毒所引致的傳染性疾病。有些病毒會攻擊人類或禽鳥,有些則會感染植物,有些更會讓細菌生病。今期我們探討的,是讓黑眼豆患傳染病的黑眼豆萎黃斑駁病毒(Cowpea Chlorotic Mottle Virus, CCMV)。

黑眼豆(圖)是豆科植物,包括常見的眉豆與豆角。黑眼豆受病毒感染後,葉子會出現萎黃斑駁,故此那病毒名為黑眼豆萎黃斑駁病毒,以下簡稱CCMV。

僅28納米 只可用電子顯微鏡觀察

CCMV是一個蛋白質外殼(protein shell或capsid),內裡包含茈扛瑪繲ヰ娃遧NA。它的直徑為28納米,因為體積細小,不可使用光學顯微鏡,只可以電子顯微鏡(Transmission Electron Microscope)觀察。

我們先說它的蛋白質外殼,5個蛋白質單位聚在一起,稱為五聚物(pentamers);6個蛋白質單位聚在一起,稱為六聚物(hexamers)。

煙草花葉病毒呈螺絲狀

CCMV的蛋白質外殼有12個五聚物,以及20個六聚物,所以它是由12乘以5,再加20乘以6,一共180個蛋白質單位所組成。CCMV的形狀就如足球,是一個截角二十面體。並不是所有植物病毒均呈截角二十面體狀,例如感染煙草花葉的病毒(Tobacco Mosaic Virus, TMV)就呈螺旋形狀。

侵佔植物如「木馬屠城」

病毒不能自我繁殖,所以病毒不是生物。當病毒入侵了人類、動物或植物的細胞時,它就可以取得那個細胞的控制權,然後利用那個細胞繁殖更多的病毒,從而侵略其他細胞。

CCMV的蛋白質外殼內有遺傳物質RNA(ribonucleic acid),當CCMV病毒進入植物細胞,它利用那細胞來複製其RNA及其蛋白質外殼,以繁殖更多的病毒。病毒就如《木馬屠城記》中的木馬,闖進人類或植物的身體,讓中間的RNA出來,攻佔所有細胞。

首種在植物外自我組合的病毒

在上世紀60年代,為了測試CCMV的穩定性,了解這種病毒的特徵,科學家把CCMV放在不同的酸鹼度及鹽分的環境下,最後發現在pH3與pH6之間及低鹽度下,CCMV最穩定。

pH5.0下形成無RNA外殼

但把CCMV放在弱鹼性(pH 7.5)的液體下,蛋白質外殼會自動分開。這時以離心機把內裡的遺傳物質RNA與蛋白質分離,取得蛋白質單位。

在弱酸性(pH 5.0)高鹽分的環境下,蛋白質單位竟然會重新自我組合,形成一個與病毒一樣大小但沒有RNA的外殼。這個過程不一定在植物細胞內進行,亦即是說蛋白質單位在植物細胞以外,沒有RNA的協助下,透過酸鹼值改變而自我組合。CCMV是第一種被發現可以在植物細胞以外,蛋白質單位自我組合的病毒。

應用

潛在應用一:成藥物遞送載體

本來RNA的表面帶有許多負電荷,以靜電牢牢黏在蛋白質外殼。現在,科學家獲取了沒有RNA的蛋白質外殼,這時他們嘗試把其他物質加入負電荷,扮演RNA的角色,然後放進外殼內。他們的最終目標,是把藥物放入蛋白質外殼內,直接傳送到細胞治療某些疾病,從而減少藥物的使用量及其毒性。因為病毒容易入侵人類、動物及植物的細胞,故此以蛋白質外殼來盛載藥物,可以使藥物順利在不被排斥下進入身體。不過,這種方式的壞處是它必須在弱酸性下進行,因為蛋白質外殼在這個酸鹼度才穩定。

潛在應用二:成為磁力共振顯影劑

把帶磁力的納米粒子(nanoparticles)放入蛋白質外殼內,放入人體,可以成為磁力共振造影時使用的顯影劑。如果把綠色熒光蛋白(enhanced green fluorescent protein, EGFP)放入蛋白質外殼內,注進植物細胞,因為蛋白質外殼會變成熒光綠色,更可以以顯微鏡觀察它們的分佈。

潛在應用三:補充人體欠缺酵素

有些人的身體欠缺某些酵素如消化酒精或乳糖的酵素,這時可以把對應的酵素放蛋白質外殼內,注入人體,讓人不會因為不能消化那些物質而不適。

小 結

我在美國修讀博士學位時,所研究的就是植物病毒。每星期我都會栽種黑眼豆,揉搓它的葉子,再以病毒接種之。雖然研究過程漫長艱辛,例如不能放長假,因為要每天照顧植物,但CCMV的蛋白質外殼如能在醫學上使用,實在是對社會有很重大的貢獻。那些潛在的應用,讓人覺得科學家的想像力豐富,教人大開眼界。

■吳俊熙博士

作者簡介:畢業於加州大學洛杉磯分校(UCLA),曾在加州的州立大學教授化學,現任教於香港大學。聯絡:www.facebook.com/drbennyng。

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