重组蛋白表达(recombinant protein expression)
克隆一个基因,是把一条有用的指令放进了细胞,但搁在架子上的指令什么也不做——你要的是细胞真的去读它、把产品造出来。重组蛋白表达就是收获的那一步:让一个宿主细胞去转录并翻译一个克隆的基因,使它大量产出该基因所编码的蛋白。
你从一个表达载体出发——这是一种质粒,与普通克隆载体不同,它带有宿主制造蛋白所需的信号:一个驱动转录的强启动子、一个核糖体结合信号,往往还有一个可控的开关,让你能在恰当的时刻开启表达。你把你的基因(通常是无内含子的cDNA)插入,转化宿主,培养一大锅菌液,然后拨动开关(例如加入诱导剂IPTG)命令细胞大量倾倒你的蛋白。宿主用它自己的机器读取这个外来基因并组装出蛋白。大肠杆菌是廉价、快速的主力,但它无法完成许多真核生物的“收尾工序”(如加上糖链或某些折叠),所以人用治疗蛋白往往改在酵母或哺乳动物细胞中制造——选择它们是为了让蛋白被正确折叠和修饰。
正是这一步兑现了重组DNA的实际承诺。在它出现之前,医用的人类蛋白只能从组织里以极少量提取。重组胰岛素(Humulin,1982年)是第一个重组药物:把人胰岛素基因在细菌中表达,得到无限量、一致的供应,取代了从动物提取的胰岛素。同样的方法如今生产人生长激素、凝血因子、抗体和许多酶——它也是无数科研用蛋白生产的根基,乃至通向那种在全身表达某选定基因的转基因生物的飞跃。
重组胰岛素:把人胰岛素cDNA放进表达载体、置于一个强而可诱导的启动子之后,再导入大肠杆菌。培养一大锅菌液,加入诱导剂,细菌便大量生产人胰岛素,随后将其纯化——这是第一个生物技术药物,也是糖尿病人不再依赖猪和牛胰腺的原因。
一个被诱导的表达载体把大肠杆菌变成人胰岛素工厂。
让一个基因在细菌里被转录,并不保证得到可用的蛋白——大肠杆菌常把真核蛋白错误折叠成无用的团块,又无法添加许多人类修饰,这就是当正确折叠和加工很要紧时改用酵母或哺乳动物细胞的原因。