- 精選文章
文章專區
2020-04-01不只是壞人 隱藏在生活中的細菌好朋友
604 期
Author 作者
江倪全／長庚大學生物醫學研究所副教授。
小小的細菌 大大的應用
細菌是一種存活在地球上各式環境的微小生命體，和人類有頻繁且密切的互動。人類的老祖宗最初從日常生活的種種經驗中學習使用細菌的方法，例如利用細菌來發酵食物。以發酵而言，是提供一種或數種細菌能夠利用的物質，而人們藉由收集或使用細菌分解物質過程中的中間或最終產物。此類的應用中，小從讓食物增添風味或更容易被人體消化吸收，大到取得工業使用中重要的溶劑（如丁醇）或分解環境汙染物。如今隨著科學發展與生物技術的進步，人們對細菌的了解也越加透徹，與此同時，也發現細菌具有更多的特性可以被應用於生物研究或醫療等領域。
細菌也能製造藥用蛋白質
細菌具有生長速度快、培養成本低及較易進行工業等級大量培養的優點，因此在分子生物學理論及技術的快速發展下，利用細菌生產特定人類蛋白質作為藥物使用的概念便逐步被測試及發展。最早在1982年，美國就已核准由大腸桿菌（E. coli）生產的人類胰島素上市，用以治療糖尿病患者；而在2015年，接近30％的治療用蛋白質是由大腸桿菌所生產。
由於人類和細菌在生物學分類上屬於完全不同的物種，可以想見此類跨物種利用細菌生產人類或動物的蛋白質會出現一些問題。舉例來說，相較於細菌的蛋白質，人類的蛋白質有較多的修飾，像是在蛋白質上加上醣基化（glycosylation）或磷酸根（phosphate）等物質，而這些修飾都與蛋白質在人體中是否具有正常活性有關。此外，蛋白質的立體結構也和生理活性有直接的關聯，在細菌中生產的人類蛋白質中，有時會有胺基酸序列正確但立體結構錯誤或出現蛋白質無法溶解的情況。因此，雖然細菌可以生產出大量的蛋白質，但是這些蛋白質可能會有缺乏適當的修飾或立體結構改變等問題，導致無法應用於臨床治療。
但是，相較於由人類或動物的血清提取特定蛋白質或改用細胞生產，使用大腸桿菌除了具有成本低且較易經由工業等級進行大規模培養及純化的優點外，技術上容易操控大腸桿菌的質體或基因，再加上新發展的蛋白質表現系統逐步改善上述的問題，使得大腸桿菌生產治療用蛋白質具有相當的優勢。
成為醫療要角的細菌
除了利用細菌作為代工廠，幫助人們生產各式的蛋白質之外，細菌本身所製造的蛋白質也能被作為治療使用。其實細菌家族中，尤其是致病菌所製造的蛋白質，除了具有維持細菌基本生理運作的功能，還能幫助細菌存活在充滿敵意的宿主環境中。因此，這些蛋白質實際上是參與細菌造成感染疾病的過程，因此科學家稱這些蛋白質為細菌的致病因子（virulence factor），而某些會造成細胞或組織大量破壞的蛋白質則稱為毒素。依照這個邏輯，難道細菌的致病因子或毒素可以用來治療疾病嗎？……【更多內容請閱讀科學月刊第604期】