今天是2021年1月13日,風和日麗,最高氣溫8攝氏度,真是進入“三九”以來難得的好天。
圖片來源:央視新聞微網志
昨天河北省宣佈石家莊市、邢臺市、廊坊市封城。對進京、出省車輛和人員實施最嚴格的“四必”措施。逢車必檢查,逢人必測溫,必核身份和必驗健康碼。對石家莊、邢臺常駐人員、暫住人員、近期有旅居史人員一律勸返。加之前天黑龍江省綏化市望奎縣也宣佈封城。對當前疫情,多名專家表示,總體上看,現在的疫情遠沒有去年武漢封城那麼嚴重。但考慮到人群流動性大的春運即將來臨,有必要採取果斷措施儘快撲滅當前的疫情。
繼上期“人溶菌酶KO新冠病毒”之後,今天的“重組人溶菌酶從何而來,去往何處”是《武功高強的溶菌酶》的最後一篇。
在人體內,人溶菌酶分佈廣泛。人溶菌酶的生理防禦功能靠識別“自己”和“非己”,破壞和排斥進入人體或人體本身所産生的各種“壞東西”,如各種細菌、病毒、損傷細胞和腫瘤細胞等,屬於先天的非特異性免疫。人還有後天的特異性免疫,感染或接種疫苗而使機體獲得的抵抗某種“壞東西”感染的能力,例如牛痘病毒能夠刺激機體産生針對天花病毒特異性免疫應答。人接種牛痘疫苗後,獲得抗天花病毒的免疫力。18世紀,牛痘用作免疫接種以預防高傳染性的天花,是特異性免疫接種的首度成功。先天的非特異性免疫和後天的特異性免疫都是人類在漫長進化過程中獲得的免於疾病侵襲的遺傳特性。
健客:現在熱議的新冠疫苗就是特異性免疫嗎?
雲飛:對的。世界衛生組織顧問、病毒學專家,法國人,讓-弗朗索瓦.薩呂左寫了一本書叫《疫苗的史詩》介紹了疫苗製造、疫苗成分及疫苗引起的爭議。疫苗的研製與改進是一部史詩,也是科學與工業的傳奇。
正常情況下人的細胞核中有46條染色體,主要由脫氧核糖核酸(DNA)和蛋白質構成。我們常説的基因就是具有遺傳效應的DNA片段。研究發現人溶菌酶基因位於人類第12號染色體的DNA上,在自然情況下有2種突變,會導致臟器功能逐漸衰竭。現代醫學將人體自身溶菌酶的分佈和含量發生變化視作疾病診斷的一個重要指標。血清中溶菌酶水準測定可作為白血病分型依據,有助於急性白血病診斷;尿液中溶菌酶的測定可作為腎小管損傷的有益診斷指標;淚液中溶菌酶濃度可作為幹眼綜合徵的診斷指標等。
與其他來源的溶菌酶相比,人溶菌酶具有獨特的優越性和多種多樣的藥理作用效果,在臨床上具有多種重要應用價值。但天然人溶菌酶來源極其困難,産量低的可憐,價格自然就極其昂貴。因此人溶菌酶的廣泛應用只能寄希望於重組DNA技術。
健客:等等,什麼是重組DNA技術?
雲飛:別著急,慢慢往下聽。
重組DNA技術基礎一是限制性核酸內切酶(簡稱限制酶)二是基因載體(簡稱載體)。1915年,人類發現噬菌體。噬菌體具有病毒的一些特性:個體微小;不具有完整細胞結構;只含有單一遺傳物質。所有已知的噬菌體都是靠細菌細胞實現其自身的生長和增殖。1952年美國分子遺傳學家盧裏亞在大腸桿菌中所發現的一種限制現象:感染了菌株甲的噬菌體釋放出來以後,能夠有效地感染其他菌株甲,但不能有效地感染菌株乙;而且其中少數感染了菌株乙的噬菌體釋放出來以後,只能有效地感染其他菌株乙,又不能有效地感染菌株甲了。經過長期研究,日內瓦大學的微生物學家阿爾伯對這一現象提出一種設想:有一種酶,可以通過切斷病毒的DNA來限制病毒增殖。通過進一步的研究發現細菌細胞中具有切斷噬菌體DNA分子的限制酶,進入菌株甲細胞的噬菌體DNA能被限制酶識別、切割。只有少數在沒有被限制酶識別前,被菌株甲細胞的DNA分子被複製、釋放,這部分新噬菌體被菌株甲視為己出,因而獲得有效地感染菌株甲的能力,但進入菌株乙仍會被限制酶識別、切割,因而不能有效地感染菌株乙。反之亦然。限制酶逐漸被當作一種精準化的工具,用於創造出前所未見的新DNA片段。1978年,阿爾伯和丹納思斯、史密斯因限制酶的發現及其在分子遺傳學中的應用共同獲得了諾貝爾生理學及醫學獎。
健客:限制酶切割病毒DNA有點像剛過講的免疫啊!
雲飛:嗯,細菌也有自己的生存之道。
健客:這跟重組人溶菌酶有什麼關係呢?
雲飛:擰螺絲要用螺絲刀,得到人溶菌酶的遺傳基因就要靠限制酶切割DNA的本事。恩格斯説:“人能夠用他的手把第一塊岩石做成石刀,終於完成了從猿到人轉變的決定性一步。” 勞動創造人本身説明製造工具是人與動物的根本區別。
得到人溶菌酶遺傳基因後,要轉入到某種載體上才能進行大規模生産。英國微生物遺傳學家海斯和美國微生物遺傳學家萊德伯格等在1952年首先認識到大腸桿菌存在染色體外的遺傳因子。1953年法國學者弗雷德里克等發現大腸桿菌産生大腸桿菌素被一種染色體外的大腸桿菌素因子所控制。至此,人類找到了重組DNA技術的載體,讓細菌幫助人類生産其他生物的蛋白質。載體就像土壤,只有肥沃的土壤才可能培育出高産和高品質的作物。
到70年代初,生物化學研究進展為重組DNA技術奠定了基礎,1972年美國的分子生物學家伯格等將一種動物病毒的DNA與一種噬菌體的DNA連接在一起,構成了第一批重組體DNA分子。1973年美國的分子生物學家科恩等又將幾種不同的外源DNA插入一種質粒的DNA中,將它們引入大腸桿菌中進行組裝和複製。
重組人溶菌酶製備流程:首先要得到人溶菌酶基因;然後選擇工程菌或工程細胞載體,並將人溶菌酶基因移植進去;然後工程菌或工程細胞按照人溶菌酶基因,組裝和複製出蛋白質;最後分離提純,就得到了重組人溶菌酶。
從弗萊明發現溶菌酶和盤尼西林至今已將近200年。物質文明高度發達的今天,以盤尼西林為代表的抗生素大大延長了人類預期壽命,但抗生歷史也面臨反思,有的抗生素導致人體菌群失衡,有的抗生素産生了耐藥性。生命科學正在成為推動現代醫學進步的新動能,人自身免疫代替抗生素的趨勢性轉折一旦出現就不可阻擋。重組人溶菌酶可以很好地彌補抗生素的缺陷,是一種有效的抗菌劑,除可以直接裂解細菌外,還有抗病毒作用。相關研究和實踐證明,在化粧品、皮膚、粘膜消毒滅菌和藥品等方面具有廣闊前景,如治療由金黃色葡萄球菌、表葡菌、丙酸桿菌或螨蟲引起的感染;預防和治療由流行性感冒病毒引起的感冒,包括甲乙丙三種流行性感冒病毒;對抗正在肆虐人間的新型冠狀病毒(詳見武功高強的溶菌酶(連載之二)人溶菌酶KO新冠病毒)。重組人溶菌酶對於人體不發生過敏反應,對人體細胞有修復作用,安全無毒副作用,相信今後會開發出越來越多具有重要臨床價值的重組人溶菌酶産品,開啟現代醫學的嶄新篇章。
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