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），內裡包含着它的遺傳物質RNA。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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