生物工程新星—蛋白质工程

现代的酶工程将奶酪也列为生产对象。然而，困难出现了。生产奶酪时用来杀菌的T4溶菌酶，在工作环境温度67℃下，3小时后活力仅剩下0.2％，这样就无法维持正常生产。这个问题留给蛋白质工程来解决。蛋白质工程是新一代的生物工程。蛋白质工程的中心内容是改造现有的蛋白质，生产新的、自然界并不存在的蛋白质来满足人们的需求。这些蛋白质主要是酶。高新技术的日新月异实在令人赞叹不已。生物工程至今还常常被人用“方兴未艾”这个词来形容，却已经有了崭新的一代。
     基因工程、细胞工程、发酵工程、酶工程这四大支柱已经被归入“上一代”、“老一代”了。这些“上一代”、“老一代”的生物工程确实还存在缺陷，还有许多问题需解决。问题之一便是产品的不稳定性，上面说到的T4溶菌酶便是一例。又如，人们寄托了很大希望的抗肿瘤、抗病毒药物干扰素，遇热也极易变性，在-70℃的低温条件下也只能保存很短的时间。问题之二是产品的副作用。例如，用小鼠细胞培养、生产的单克隆抗体，进入人体后一方面表现出强大的药理作用，一方面却会引起免疫反应，因为它毕竟是异体蛋白。此外，生物工程的许多产品还存在着活性低、提纯困难等问题，这些问题正是蛋白质工程的攻关对象。要改造一种蛋白质，大致要经过这么几个阶段：
     1.通过计算机图像分析，找出蛋白质整体结构中足以引起某个性能发生改变的关键部位，或者说在氨基酸长链中找到那个关键的氨基酸。然后确定这个氨基酸需要如何加工修饰，或者干脆用哪一个氨基酸来代换。
     2.找到生物细胞中指导合成这种蛋白质的DNA片段，并找出与那个关键氨基酸相对应的碱基，经过分析后用另一个碱基来取代它。这个繁琐的过程也少不了计算机的帮助。
     3.将改造过的DNA片段移植到细菌、酵母菌或其他微生物体内，经过培养，筛选出能“分泌”出理想的新蛋白质的菌株，再运用发酵工程大量生产这种新蛋白质。以上说的仅仅是蛋白质工程一种比较有代表性的生产过程，对这个过程的描述也是极其粗略的。然而，它大概已经能表明，蛋白质工程集中了生物工程的精粹，而且还是计算机技术和现代生物技术杂交生成的宠儿。拿计算机图像显示来说，它显示的不光是氨基酸排列顺序，不光是氨基酸长链如何缠绕、盘旋的立体结构，还要显示出每个氨基酸的受力情况——在哪些相邻分子的引力下处于平衡状态。
     更进一步地，它还要显示如果某个氨基酸发生改变，这一平衡状态将会如何变化，对整个蛋白质的功能将会有什么样的影响。如果没有现代计算机技术，这一切都是难以想象的。蛋白质工程问世还不久，取得的成果已经令人刮目相看：那种T4溶菌酶，蛋白质工程施以回春妙手，将它的3位异亮氨酸换成半胱氨酸，再跟97位半胱氨酸联接起来。这样，它在67℃下反应3小时后，活性丝毫未减。在-70℃的低温下难以保存的干扰素，经蛋白质工程的点化，两个半胱氨酸被换成丝氨酸，一下子变得可以保存半年之久了。一种生产中很有用的酪氨酸转移核糖核酸酶，只是在一个位点上用脯氨酸取代了苏氨酸，催化能力一下子提高了25倍。
     对于用小鼠细胞培养生产的单克隆抗体，专家们已经提出了“开刀方案”，打算把它整修得更接近于人的抗体，以减轻副作用。……蛋白质工程不仅要对那些生物工程的产品进行再加工，还要对一些纯天然的蛋白质进行模拟和改造。例如，那绵软、飘逸的蚕丝，那蓬松、暖和的羊毛，那纤细、坚韧的蛛丝，它们本质上都是蛋白质。对它们进行模拟和改造，再实现大量生产，将会获得性能比蚕丝、羊毛、蛛丝更优异的材料，改善我们的生活条件。
     浏览一下对蛋白质工程的众多评价是很有意思的。有人称它是第二代生物工程，有人称它是第二代基因工程。有人说它“曙光初露”，有人说“前途无量”。80年代，有人将“21世纪是生物学的世纪”这句话改成“21 世纪是生物工程的世纪”；90年代，又有人提出，“21世纪是蛋白质工程的世纪”。人们的关注和瞩目才会引出众多的评价。众多评价至少传递出一条信息：蛋白质工程充满魅力，充满希望。在近几年内，蛋白质工程可能会取得更多的突破，又将会招来许多新的评价，我们期待着。