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2019-08-16人工蛋白質工具引曙光細胞治療的新時代來臨
452 期
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【本刊訊】許多安全、有效的治療方式，都建立在正確的施藥時間與精準的劑量上，若給藥時機不對、劑量過多或過少，都可能使該藥物的效能大打折扣，甚至造成傷害。不過，這個狀況現在有改善的機會了！美國加州大學舊金山分校（UC San Francisco）博士艾爾薩瑪（Hana El-Samad）與華盛頓大學博士貝克（David Baker）領軍的研究團隊，日前於Nature期刊發布兩篇研究，他們設計一組類似自主機器人（autonomous robots）的智能細胞並展示相關科技，不僅能偵測損傷與疾病，還能在對的時間點遞送適量藥物。
研究團隊以電腦設計出首創人工蛋白質──儲物櫃蛋白（Latching Orthogonal Cage-KeypRotein, LOCKR），並在實驗室裡加以合成，其可在活體細胞內建立新的生物迴路；而該迴路能將普通細胞轉化為智能細胞的特性，過程完全不需人為介入。
根據ScienceDaily報導，艾爾薩瑪指出，生物技術庫（biotech arsenal）中許多工具都採用可在實驗室中被重新利用的天然分子，反之，儲物櫃蛋白在性質上並未有相對應的物質使蛋白質與細胞其他組成間的交互作用可被精準控制，進而處理一些生物學上待解決的問題。
該蛋白為一類桶狀結構，在打開的狀態下會露出一個分子臂，能被設計來控制大多數的細胞過程，研究人員形容其可指揮細胞內的分子交通、降解特定蛋白質並啟動細胞的自毀過程。不過，該結構在一般的狀態下呈關閉狀態，除非遇到與儲物櫃蛋白的「鎖」相對應的分子「鑰匙」，才能將其打開。
這類初級且高度微型化的開關，如開啟iPhone與桌機等智能設備的複雜積體電路（complex integrated circuits），其實也包含在現代電子產品的基本建構組元內。利用儲物櫃蛋白，科學家便能在細胞中的迴路建立生物等價物（equivalent）。
除了學術方面的論述，艾爾薩瑪與研究團隊也展示了新科技的驚人潛力。研究報告指出，利用degronLOCKR這項工具，便能透過開關來降解標的蛋白質。此外，他們所構建的迴路也能根據細胞內外的環境線索，動態性地調節細胞活動。在包含遺傳編碼感測器的迴路中，若檢測到正常細胞活動中斷，degronLOCKR便會破壞造成細胞損害的蛋白質，直到細胞恢復正常。
從儲物櫃蛋白到degronLOCKR，該技術讓細胞編碼（program）成為可能，並做到現行藥物所無法擴及的治療服務。例如，腦傷患者的發炎症狀雖可透過藥物控制，但有可能抑制過頭進而阻礙大腦正常癒合；若能運用degronLOCKR將細胞智能化，類似的問題便能迎刃而解。
新聞來源
1.Robert A. Langan et al., De novo design of bioactive protein switches, Nature, 2019.
2. Andrew H. Ng et al., Modular and tunable biological feedback control using a de novo protein switch. Nature, 2019.