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研究所論文闔家觀賞版


打算來簡單連載一下我的實驗 目標是讓五十年後的自己還看得懂(也希望臉書可以這麼長壽)
分子生物 研究 bioreactor
是這樣的,世界上有很多蛋白質會苦,原因是出在蛋白質這種東西,他的結構是一種類似聖誕串燈般的物質捲成一團的大分子 (如圖),這樣的大分子鏈的頭尾兩端,如果剛好是特定顏色的胺基酸,他就會跟我們舌頭上的味蕾作用,讓我們感覺到苦味。要去除苦味的方法,簡單來說就是把頭尾含有特定顏色的蛋白質,加工一下,去頭去尾。
說是很容易,執行倒沒那麼簡單,因為目前沒有一把刀能做到同時去頭去尾。如果你要去頭,必須用 aminopeptidase ;若是要去尾,則使用 carboxypeptidases。
而 aminopeptidase 這類型的去頭刀還有細分: 西瓜刀 (tripeptide aminopeptidase,一次切三顆球)、 菜刀 (dipeptide aminopeptidase,一次切兩顆球)、 水果刀 (aminopeptidase,一次切一顆球),同樣的去尾刀也是如此。
我從某篇文獻看到了用來發酵清酒、味噌、醬油的麴黴,他有一種去頭刀叫做 leucine aminopeptidase A (我們簡稱 lapA,這個不念懶趴喔要分開唸 L A P A),照理說可以把穀類製品發酵成具有鮮甜味道的加工品,他的刀拿來作用苦味蛋白應該會有不錯的結果吧?(好像有點薄弱QQ) 於是乎生產那把刀 (以下稱 lapA) 就成了我的研究目標。



LapA 這把刀,實為酵素,他也是一種蛋白質。
「蛋白質」比較像一種材質,而非一種物質。可以想像蛋白質就好像玻璃,說到玻璃我會很直接的聯想到窗戶,就好像很多人說到蛋白質,就會覺得指的是肉。然而玻璃可以做成各式各樣、功能不同的東西,鏡片、杯子、手機螢幕、吸管之類的,蛋白質也一樣。
舉凡我們常吃的肉 (由肌動蛋白 actin 和肌凝蛋白 myotin 組成的微絲 microfilament)、體內的抗體、消化道內的分解酵素 (唾液澱粉酶 ptyalin 、胃蛋白酶 pepsin )、部分的荷爾蒙 (生長激素 growth hormones、催產素 oxytocin) 等等,全是由蛋白質構成。
分子生物 研究 bioreactor
大二遺傳學的精華~~~
所有蛋白質的誕生都是從 DNA 而來 (DNA 轉錄成 RNA,RNA 轉譯成蛋白質)。DNA 就好像一份設計圖的原稿,RNA 是師傅在製作時拿在手上參考的複本,蛋白質則是依照設計圖被製作下來的產品。DNA 原稿存在每個細胞的染色體中,RNA 複本則是有需要做蛋白質的時候才會產生。
這兩個差別是:DNA 原稿裡面除了設計圖 (外顯子 exon) 之外,偶爾還會穿插設計師的 murmur (內含子 intron),這些非必要的碎念會讓師傅 (核糖體 ribosome) 黑人問號。再者每個細胞內 DNA 原稿只有一份,師傅卻有很多個,因此這就是 RNA 複本存在的意義。
分子生物 研究 bioreactor
附上一張沒那麼友善的圖
#centraldogma #分子生物學



先前提到目標酵素 lapA (蛋白質的去頭刀) 是來自於發酵清酒、味噌的麴黴 (Aspergillus oryzae)。Aspergillus 屬的物種皆為絲狀真菌,顧名思義它是一種帶有菌絲的真菌,長得就像麵包發霉的菌絲一樣。真菌界的生物在自然界中扮演著分解者,會對外分泌酵素分解環境中的物質,消化吸收做為自身的養分。他們對外分泌的酵素種類繁多,就像我們體內的分解酵素一樣,唾液澱粉酶、胃蛋白酶等,很多酵素一起分工合作。
lapA 就是麴黴分泌的眾多酵素的其中一種。要生產 lapA 有兩種方法:
第一種,養 Aspergillus oryzae 直接進行 lapA 的萃取。然而這麼做會遇到的困難是,麴黴會分泌很多種酵素,如果只想要取得 lapA ,簡直比找威利在哪裡還要辛苦 (畢竟威利是肉眼可見,找酵素卻需要設計實驗呀QQ)
分子生物 研究 bioreactor
大腸桿菌是原核生物 prokaryote,他們的工廠就像是家庭式的小型生產者,只能做簡單的代工。Eukaryote 真核生物(酵母菌、真菌、植物、動物⋯⋯⋯),他們可以生產比較複雜的東西,但相對的要經營工廠的成本還有方法資金就條件高很多。所以一開始要做新東西的時候,就會想先請家庭式代工做做看,如果做得出來就賺到了!
生物反應器,簡單來說就是用好吃的培養基收買構造簡單的生物 (例如最常見的大腸桿菌 E. coli),拜託它幫忙生產我們想要的酵素。如何辦到的呢?還記得所有蛋白質都是來自於 DNA (詳細請見研究生搞什麼(二)),只要把那份設計圖的 RNA 副本 copy 放進細胞內,生物反應器就會按照設計圖乖乖把產品做出來。
我所使用的生物反應器是 Escherichia coli,也就是大家常聽到的大腸桿菌。他們提供場地和器材,當我們放入設計圖,E. coli 會依照自己的理解來複印出草稿,再請自己的師傅來做出蛋白質。不過因為 E. coli 他們是做別人的東西,所以常常理解會有誤差 (Codon usage bias),做出來的產品會有系統性的差異,還有工廠設備也不一定適合生產我們的目標產物 (大部分的原核生物沒有辦法做需要“後轉譯修飾 Post-translational modification“的蛋白質)
我的碩士論文就是以小型家庭代工 E. coli 來完成的喔XD


以小型家庭代工 E. coli 來生產蛋白質常常會有無法預測的麻煩
#分子生物  #研究  #bioreactor 
分類:科技

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