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嚴寒的冬季往往是許多病毒歡樂肆虐的嘉年華，狡猾的它們趁著天氣寒冷、人們免疫力下降時趁虛而入，並在人體內引起如發燒、咳嗽、流鼻水等症狀。為了避免這樣的情況發生，許多人選擇施打疫苗以抵抗這些病毒，但是我們該如何快速生產這麼多疫苗來供應所有需求？

傳統疫苗大多由蛋白質組成，而且需求量極高。因此需要一個能夠大規模生產、效率夠高，同時成本較低的蛋白質生產模式，而此生產模式也可以應用在其他和蛋白質相關的產品上，例如蛋白質藥物或保養品等，不過有哪種生產模式能符合這麼多要求呢？

哪些方法能製造出想要的蛋白質？

你第一個想到的也許是基因改造生物（genetically modified organism, GMO，簡稱基改生物），只要靠著修改生物的基因序列，便能替我們生產出需要的蛋白質。雖然這是一種可行的方式，不過以大規模生產的角度來說卻不可行，因為創造基改生物並非一朝一夕就能達成，從完整的生物個體層級來看也是非常困難的事情，更牽涉到生物體內各式各樣的生物系統。也許我們修改的基因會對生物造成負面影響；又或是修改的基因序列表現量不佳，無法工業化大規模生產，這些潛在因素都可能使得修改基因序列難以成功且無法預測。此外，創造基改生物的成本高昂，以表現特定蛋白質來說，投資基改生物所需的時間和成本並不符合效益。

隨著科技進步，我們目前已經有更多選擇能進行蛋白質表現，包括大腸桿菌表現系統、酵母菌表現系統、昆蟲表現系統、哺乳
動物表現系統等（圖一）。由於真核生物（eukaryote）和原核生物（prokaryote）的蛋白質轉譯後修飾（posttranslational modification）有所差異，因此大部分會將大腸桿菌和酵母菌的表現系統，應用在原核生物的蛋白質表現；而昆蟲和哺乳動物的表現系統，則應用在真核生物的蛋白質表現。雖然酵母菌是真核生物，但因為其蛋白質轉譯後修飾系統和原核生物比較接近，所以大多還是使用在原核生物的蛋白質表現，那麼我們要如何選擇這幾個表現系統？

圖一：四種不同的蛋白質表現系統

真核生物和原核生物的蛋白質轉譯後修飾不同，因此大部分會將大腸桿菌和酵母菌的表現系統，應用在原核生物的蛋白質表現；而昆蟲和哺乳動物的表現系統，則應用在真核生物的蛋白質表現。雖然酵母菌是真核生物，但因為其蛋白質轉譯後修飾系統和原核生物比較接近，所以大多還是使用於原核生物的蛋白質表現。
 

若是從人類的角度來看，由於人類屬於真核生物，我們該選擇的不是昆蟲表現系統，就是哺乳動物表現系統。而這兩個表現系統又以昆蟲更勝一籌，在大規模生產的考量之下，昆蟲的表現系統在細胞培養的成本遠低於哺乳動物。哺乳動物的細胞培養需要非常多精密又昂貴的儀器和消耗品，例如能控制溫度和二氧化碳濃度的恆溫箱及細胞培養液，使得培養哺乳動物細胞的條件變得非常嚴苛。由於生產過程的高成本，若想利用哺乳動物的表現系統大量生產蛋白質，便會有一定的困難度，更不用說哺乳動物系統不管是在細胞層級，還是生物個體等，大多都有法規上的問題，這些因素造就昆蟲表現系統在生產上的優勢。……【更多內容請閱讀科學月刊第621期】