分子机械（molecular machines）是 2016 年诺贝尔奖化学奖的关键字，获奖的 Jean-Pierre Sauvage、Sir James F. Stoddart 和 Bernard L. Feringa 因为设计出比头发还细小的分子机械而声名大噪。分子机械的概念更打开各领域治疗研发的创新可能。
分子机械系统的其中 1 种：分子开关（molecular switches），不仅能用于癌症检测，也可制造细胞电脑（cellular computer）等设备。然而现有分子开关的运作过程相对冗长、缓慢也不可逆，需要靠转录或转译来启动，透过蛋白质降解来关闭。对此，科学家透过能变换 2 种折叠结构的变形蛋白，来建构新型分子开关改善工作效率。
发现变形蛋白的制造方法
威斯康辛医学院（Medical College of Wisconsin）的研究团队选择会变形的免疫系统蛋白 XCL1 进行研究。XCL1 是趋化因子（chemokine）的家族成员，在人体中拥有 2 种型态，一是能攻击病毒、细菌等外来入侵者，二是能辨识陌生抗原，并吸引树突细胞（dendritic cells）去攻击癌细胞等制造抗原的细胞。
该研究团队发现 XCL1 原先只有 1 种型态，直到 2 亿年前才演化出第 2 种型态，然后他们透过核磁共振光谱法（nuclear magnetic resonance spectroscopy）分析引发 XCL1 突变的分子编码，借此找出能让蛋白质“手动”变成变形蛋白的技术，创造出一种便利高效的分子开关。该研究于 1 月 1 日登上《Science》期刊。
变形蛋白的优势
变形蛋白在分子开关中能带来的改变颇大，该研究团队拿开关灯来比拟分子开关。过去打开分子开关，就像要把灯打开，住户得跑到超市买灯泡，回家装上后才能打开，需要许多相对复杂的手续，且若要把灯熄掉，住户得等到灯泡坏掉为止，而在这之前灯泡无法改变开关状态。不过透过变形蛋白，科学家即能打造有手动按钮的分子开关，开关灯能依照研究人员指示执行，解决了过往不可逆且执行缓慢的状况。
在癌症治疗中，此类分子开关的潜能极高。研究人员可制造一种显微镜大小的生化机器人，里头乘载着装有癌症药物的变形蛋白；变形蛋白会先处于第 1 种型态，让药物与机器人分离，并在接近肿瘤时转换成第 2 型态，精准释放杀癌药物，降低正常细胞因药物受伤的情形，更减少病人的治疗风险。
变形蛋白的应用挑战
变形蛋白能大大提升多领域的治疗效果，但需注意的是，至今仍缺乏制造奈米变形蛋白的工作流程，所以尽管用途广大，却有不少技术门槛需要跨越，得更多研究才能解决。
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1. Science (2020). DOI: 10.1126/science.abd8700
2. https://www.mcw.edu/newsroom/news-articles/cracking-the-code-of-a-shapeshifting-protein
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