分子機械（molecular machines）是 2016 年諾貝爾獎化學獎的關鍵字，獲獎的 Jean-Pierre Sauvage、Sir James F. Stoddart 和 Bernard L. Feringa 因為設計出比頭髮還細小的分子機械而聲名大噪。分子機械的概念更打開各領域治療研發的創新可能。
分子機械系統的其中 1 種：分子開關（molecular switches），不僅能用於癌症檢測，也可製造細胞電腦（cellular computer）等設備。然而現有分子開關的運作過程相對冗長、緩慢也不可逆，需要靠轉錄或轉譯來啟動，透過蛋白質降解來關閉。對此，科學家透過能變換 2 種折疊結構的變形蛋白，來建構新型分子開關改善工作效率。
發現變形蛋白的製造方法
威斯康辛醫學院（Medical College of Wisconsin）的研究團隊選擇會變形的免疫系統蛋白 XCL1 進行研究。XCL1 是趨化因子（chemokine）的家族成員，在人體中擁有 2 種型態，一是能攻擊病毒、細菌等外來入侵者，二是能辨識陌生抗原，並吸引樹突細胞（dendritic cells）去攻擊癌細胞等製造抗原的細胞。
該研究團隊發現 XCL1 原先只有 1 種型態，直到 2 億年前才演化出第 2 種型態，然後他們透過核磁共振光譜法（nuclear magnetic resonance spectroscopy）分析引發 XCL1 突變的分子編碼，藉此找出能讓蛋白質「手動」變成變形蛋白的技術，創造出一種便利高效的分子開關。該研究於 1 月 1 日登上《Science》期刊。
變形蛋白的優勢
變形蛋白在分子開關中能帶來的改變頗大，該研究團隊拿開關燈來比擬分子開關。過去打開分子開關，就像要把燈打開，住戶得跑到超市買燈泡，回家裝上後才能打開，需要許多相對複雜的手續，且若要把燈熄掉，住戶得等到燈泡壞掉為止，而在這之前燈泡無法改變開關狀態。不過透過變形蛋白，科學家即能打造有手動按鈕的分子開關，開關燈能依照研究人員指示執行，解決了過往不可逆且執行緩慢的狀況。
在癌症治療中，此類分子開關的潛能極高。研究人員可製造一種顯微鏡大小的生化機器人，裡頭乘載著裝有癌症藥物的變形蛋白；變形蛋白會先處於第 1 種型態，讓藥物與機器人分離，並在接近腫瘤時轉換成第 2 型態，精準釋放殺癌藥物，降低正常細胞因藥物受傷的情形，更減少病人的治療風險。
變形蛋白的應用挑戰
變形蛋白能大大提升多領域的治療效果，但需注意的是，至今仍缺乏製造奈米變形蛋白的工作流程，所以儘管用途廣大，卻有不少技術門檻需要跨越，得更多研究才能解決。
延伸閱讀：一次篩檢 50 多種癌症！GRAIL、英國健保局發起多癌症早期篩檢計畫參考資料：
1. Science (2020). DOI: 10.1126/science.abd8700
2. https://www.mcw.edu/newsroom/news-articles/cracking-the-code-of-a-shapeshifting-protein
©www.geneonline.news. All rights reserved. 基因線上版權所有 未經授權不得轉載。合作請聯繫：service@geneonlineasia.com
