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December 5, 2013
「神鬼認證4」(The Bourne Legacy)之成果計畫基因改造設計空想
Dark Duck 在 YLib Blog 發表於 17:12:09


這是一篇打自己臉的打臉文(您真的沒看錯)。最近電影台一直在熱播「神鬼認證4」,所以很快樂地重看這部電影,好萊塢的動作片就是這麼明快好看啊!看到美女醫師瑞秋懷茲講解藥物設計的時候,我的腦中突然晴天霹靂(超想撞牆的),原來我對粒線體這麼不了解,以前的思路完全錯誤,資料看錯,書都讀到屁股邊去啦。請讓務必我在此向各位致歉(土下座),關於改造美國大兵的藍色藥丸(提高粒線體蛋白質表現量1.5%),我來「空想」勘誤一下這項基因改造的設計概念。

 藍色藥丸的目的在增強體能,目標是粒線體,也就是細胞內的發電廠,製造ATP能量貨幣的地方。美女醫師瑞秋懷茲說他們主要小幅度微調兩條染色體基因;針對粒線體的藍色藥丸,為何不直接改造粒線體自身的DNA,卻要改造位在細胞核中的體染色體呢?當時我真的把焦點放錯,覺得提升粒線體蛋白質表現量一定要從改造粒線體DNA著手才行(不懂裝懂的結果就是犯錯)。記得以前讀研究所時,一位專門研究粒線體的老師上課重點在介紹粒線體DNA的基因以及功能、粒線體DNA突變的疾病等等,當時也沒好好聽課,所以才有這樣致命的錯誤印象,老師請原諒我吧

 既然要基因改造粒線體,為什麼反而是改造位在細胞核中的體染色體呢?這要從粒線體的「演化現況」說起。大家多少都有聽過粒線體的前身原本是細菌,因為演化寄生到真核細胞中,所以可以在細胞中自行分裂複製這樣的故事。雖然粒線體本身有自己的DNA,可以自己製造蛋白質供自己使用,真核生物經過二十億年的演化之後,現有的真核物種,細胞裡的粒線體DNA已經喪失了95~99.9%的粒線體基因,現有粒線體DNA所製造出來的蛋白質早就稀少到不能複製一個完整的自己。大多數的粒線體基因都跑到哪兒去了呢?答案是細胞核,嵌入到體染色體內啦(基因果然是自私的)!大部分的粒線體蛋白質都由細胞核來製造,只有非常少數、關鍵性的呼吸酵素蛋白次單元由粒線體DNA製造;換句話說,大部分的機械模組由細胞核來做外包工程,粒線體自己只負責關鍵零件的製造(怎麼跟iPhone的生產很像咧?),再將所有零組件送入粒線體中組裝。至於為什麼粒線體會演化成今日的狀態,我就不多做說明了,有興趣的朋友請見參考資料。

 當粒線體行呼吸作用,將葡萄糖燃燒轉化,變成細胞能使用的ATP能量貨幣,為了電子傳遞鏈的運轉順暢,需要足夠量的蛋白質(細胞色素氧化酶)載體來傳遞電子進行氧化還原;若缺乏葡萄糖(飢餓狀態),電子傳遞過程中開始會產生自由基,而且ATP製造的效率低落,粒線體因此傳了訊號給細胞核:「請製造更多的蛋白質(細胞色素氧化酶)」。細胞核製造大部分的機械模組並送到粒線體中,與粒線體的關鍵零件會合,組成細胞色素氧化酶供粒線體使用。

 藍色藥丸可能微調了細胞核體染色體中粒線體蛋白基因的上游調控因子,提高粒線體蛋白質表現量1.5%,讓粒線體蛋白組裝材料更加充足,細胞色素氧化酶更快就定位,製造ATP更有效率,因此增強了超級士兵的體能狀態。如果改造的是粒線體自身的DNA,頂多是增加關鍵零件的產量,缺乏大部分的機械模組是沒有用的。所以,基因改造粒線體的方向從改造體染色體DNA著手是非常合理的哦。

科學空想雖然很有趣,但還是有其風險存在,沒有研究佐證很容易出錯,所以繼續用力讀書去~

  

推薦連結

【記錄】M.I.C. XI 之「原力」:俠侶論劍──看粒線體犧牲奉獻、真核生物演化對決  PanSci 泛科學

http://pansci.tw/archives/44225

參考資料

《能量、性、死亡:粒線體與我們的生命》,尼克 連恩 著,貓頭鷹出版。


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