重組蛋白表達(recombinant protein expression)
選殖一個基因,是把一條有用的指令放進了細胞,但擱在架子上的指令什麼也不做——你要的是細胞真的去讀它、把產品造出來。重組蛋白表達就是收穫的那一步:讓一個宿主細胞去轉錄並翻譯一個選殖的基因,使它大量產出該基因所編碼的蛋白。
你從一個表達載體出發——這是一種質粒,與普通選殖載體不同,它帶有宿主製造蛋白所需的信號:一個驅動轉錄的強啟動子、一個核糖體結合信號,往往還有一個可控的開關,讓你能在恰當的時刻開啟表達。你把你的基因(通常是無內含子的cDNA)插入,轉化宿主,培養一大鍋菌液,然後撥動開關(例如加入誘導劑IPTG)命令細胞大量傾倒你的蛋白。宿主用它自己的機器讀取這個外來基因並組裝出蛋白。大腸桿菌是廉價、快速的主力,但它無法完成許多真核生物的「收尾工序」(如加上糖鏈或某些折疊),所以人用治療蛋白往往改在酵母或哺乳動物細胞中製造——選擇它們是為了讓蛋白被正確折疊和修飾。
正是這一步兌現了重組DNA的實際承諾。在它出現之前,醫用的人類蛋白只能從組織裡以極少量提取。重組胰島素(Humulin,1982年)是第一個重組藥物:把人胰島素基因在細菌中表達,得到無限量、一致的供應,取代了從動物提取的胰島素。同樣的方法如今生產人生長激素、凝血因子、抗體和許多酶——它也是無數科研用蛋白生產的根基,乃至通向那種在全身表達某選定基因的轉基因生物的飛躍。
重組胰島素:把人胰島素cDNA放進表達載體、置於一個強而可誘導的啟動子之後,再導入大腸桿菌。培養一大鍋菌液,加入誘導劑,細菌便大量生產人胰島素,隨後將其純化——這是第一個生物技術藥物,也是糖尿病人不再依賴豬和牛胰腺的原因。
一個被誘導的表達載體把大腸桿菌變成人胰島素工廠。
讓一個基因在細菌裡被轉錄,並不保證得到可用的蛋白——大腸桿菌常把真核蛋白錯誤折疊成無用的團塊,又無法添加許多人類修飾,這就是當正確折疊和加工很要緊時改用酵母或哺乳動物細胞的原因。