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生產胰島素的分子機器

現代醫學發達,糖尿病患者所需要的胰島素原本是從豬身上取得的,現今可以用細菌來代為生產胰島素。但是英國曼徹斯特大學的科學家們已經研發出一種微小的分子機器,它能模擬人體細胞內核醣體(ribosome)製造蛋白質的方式,未來或許能更快速的生產胰島素。
 
 
 

現代醫學發達,糖尿病患者所需要的胰島素原本是從豬身上取得的,現今可以用細菌來代為生產胰島素。但是英國曼徹斯特大學的科學家們已經研發出一種微小的分子機器,它能模擬人體細胞內核醣體(ribosome)製造蛋白質的方式,未來或許能更快速的生產胰島素。

這個分子機器的大小大概只有數百萬分之一毫米,形狀像一個戒指,它來回穿梭在長桿狀的分子上,當這個機器沿著長桿移動時會選擇化學物質,並把他們結合在一起形成1條長鏈聚合物,這個動作很像核醣體製造蛋白質的過程,而最終目的是要合成新藥或是新型塑膠。

英國曼徹斯特大學的大衛.李(David Leigh FRS)教授表示:「就像機器人在工廠裡組合車子,有一天我們也希望能利用這些微小分子的機器,更有效率地製造新產品。」他也說:「核醣體製造的蛋白質,只是其中一種天然的聚合物,事實上所有生物都是由蛋白質、去氧核醣核酸(DNA)、核醣核酸(RNA)與碳水化合物4種類型的訊息聚合物組成的。但是有了人造的分子機器之後,就不限於這4種聚合物了,可以由其他類型的組成元件製造新物質,如新型塑膠、催化劑和藥物等。」

 而什麼是核醣體呢?核醣體是大自然中令人驚奇的事物之一,因為這個巨大的分子要擔任翻譯基因密碼的角色。去氧核醣核酸(DNA)裡面的基因密碼會被「傳訊核醣核酸」(messenger RNA)送到核醣體,核醣體在解讀這段密碼後,再根據這段密碼,以胺基酸組成長鏈聚合物,這些長鏈聚合物隨後折疊形成蛋白質,以建構和維持我們身體的運作。

曼徹斯特大學所研發的人造核醣體,也是以類似的方法運作。人造核醣體這種分子機器的化學結構是以輪烷(rotaxane)為基礎,輪烷係指一種環狀的碳氫化合物,在輪烷的中央穿過一桿狀分子,依附在輪烷分子環上的「反應手臂」隨著分子環在長桿上的移動,可移除或堆疊胺基酸。

重要的是,新聚合物的序列是由科學家決定的,亦即由科學家控制置放在長桿上的化學物質來決定新聚合物的序列。大衛.李教授表示:「我們在這方面的控制很精良」。現在,這個團隊只能利用此分子機器製造小分子或以少量胺基酸組成的多肽(peptides),將來他們的目標是要像核醣體一樣製造出胺基酸組成之長鏈聚合物。

就像現在利用遺傳工程微生物製造大量胰島素來供給糖尿病患者一樣,未來曼徹斯特大學的團隊要設計出一個可以容納數以萬計人造分子機器的容器,量產特定結構的分子。大衛.李教授表示:「即使1個分子機器1次只能製造1個分子,但是當你有100萬個分子機器同時運作時,你就可以在合理的時間內得到大量分子。」此分子機器技術的研發將來可能使人類的醫療保健更上層樓。(本文由國科會補助「新媒體科普傳播實作計畫」執行團隊撰稿)

責任編輯:李冠群|國立臺灣師範大學生命科學系
 

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