2015 搞笑諾貝爾獎 ─ 生蛋煮成熟蛋，回不去了？

Credit: Pietro Izzo

生米煮成熟飯，生蛋煮成熟蛋以後，想要再把它們變回原本的樣子，大概就只能得到謝安真的那句名言：「可是瑞凡，回不去了。」不過，最新的研究顯示，如果你想要把煮熟的蛋白質變回原樣，還是有簡單的辦法能做到！這個簡單又快速的新方法利用高速旋轉試管產生的剪力，扯開胡亂聚集與折疊的一團團蛋白質，使它們能變回原本的構型，恢復活性。

如果科學家想研究蛋白質（或酵素）的功能，需要先把蛋白質從細胞裡面純化出來，才能對蛋白質進行各種實驗。不過許多珍貴的蛋白質純化出來後，常常會折疊成錯誤的構型，導致那些蛋白質失去應有的功能。很多研究人員常煩惱如何量產更多蛋白質，或是怎麼樣從各個純化步驟中回收更多，加州大學爾灣分校（UC Irvine）化學的 Gregory Weiss 教授當然也不例外，因此這回他們發表的研究，就是想出了一個簡單的辦法，能把那些純化過程中折疊錯誤和胡亂凝聚的蛋白質，變回原本正確的折疊構型，以提高蛋白質的回收率。

為了模擬那些折錯且凝聚的蛋白質，Weiss團隊拿煮熟的雞蛋蛋白來做實驗，示範其中的蛋白質的確能夠折疊回原樣，並恢復活性。Weiss 說：「我們並不是真的對雞蛋加工很有興趣，我們的結果只是用來展示這個方法的強大之處」 他繼續說道：「真正的問題是你總是花太多的時間，想把那些很黏的蛋白質從試管壁上刮下來，而你正需要某種回收這些蛋白質的方法。」

困擾的是，舊方法用透析（dialysis）來純化蛋白質分子，做一次要四天才能完成，很貴又很浪費時間，但是他們開發的新方法只需要幾分鐘就結束了！Weiss 還特別強調這個方法快了將近一千倍，而這都要歸功於一台能把凝聚亂疊的蛋白質拉開，再重新折疊回原樣的裝置。

他們首先把雞蛋的蛋白以攝氏90度的高溫煮了20分鐘，裡面的蛋白質會因為高溫的關係，折疊並聚集成各種奇奇怪怪的構型，破壞了這些蛋白質原有的活性。研究的重頭戲則是把蛋白中一種很重要的蛋白質──溶菌酶（Lysozyme）變回原樣。第一步，Weiss 和他的同事加入高濃度尿素以液化固態的蛋白。雖然到這裡已經變成液體，但以分子層次來看，蛋白質分子仍然聚集成一團團沒有功能的物質。他們接著把這些蛋白溶液放進一台漩渦流體裝置（vortex fluid device），這個裝置是和他們合作的南澳洲的福林德斯大學（Flinders university）的Colin Raston 的實驗室設計出來的，這個漩渦流體裝置能快速的旋轉試管，製造出一層層的微流體，利用不同層之間的剪力把那些聚成一團團的小蛋白質球扯開，強迫它們分離，回到正確的蛋白質折疊結構。他們的實驗結果顯示，這個方法使得約82%的溶菌酶恢復活性。

漩渦流體裝置(VFD)圖：試管會傾斜一個角度，並高速旋轉
(Source: figure 1A of original article)

「這個方法會改變工業和研究上製造蛋白質的過程。」研究人員在他們發表的論文中如此寫道。目前，加州大學爾灣分校已經申請專利，該校的技術聯盟辦公室也已和有興趣的商業夥伴合作，把這項技術商業化。

這個新方法能夠大幅降低癌症藥物、食品製造以及生技產業的成本。舉例來說，利用基因重組技術大量生產的重組蛋白就常常會折疊錯誤，食品工業或是其他使用重組蛋白的人，就會因此受益，獲得更高的利潤。另一個例子，許多製藥公司利用倉鼠卵巢細胞來製造癌症抗體，這類細胞製造出來的蛋白不容易發生折疊錯誤，但是這種生產方式開銷龐大，導致成本高昂，若使用Weiss團隊的新技術來修復蛋白的話，就能利用較廉價的大腸桿菌來量產癌症抗體蛋白質，並利用這個簡單的技術提高蛋白質的回收率，如此一來癌症治療的成本將有機會下降，使病人更負擔的起醫療費用。

參考資料：

1. Chemists find a way to unboil egg whites: Ability to quickly restore molecular proteins could slash biotechnology costs. - ScienceDaily

2. Shear-Stress-Mediated Refolding of Proteins from Aggregates and Inclusion Bodies. Tom Z. Yuan, et al., ChemBioChem, 2015; DOI: 10.1002/cbic.201402427