電視播返《侏羅紀公園》第一集，經典當然要一再重溫。不過今次再睇嗰陣，有段小劇情吸引咗我注意。
戲入面輕輕帶過咗一點，話複製恐龍嘅時候，班科學家預設咗個應急方案，就係將恐龍啲基因改造咗，令佢哋唔能夠製造Lysine呢隻胺基酸(Amino acid)。喺現實中，呢種基因改造技術科學家稱之為”Knock-out”，即係將生物入面某啲基因KO咗佢，令到佢失去某啲身體功能。話時話，knock-out mice呢個發明係拎咗2007年Nobel prize㗎。
咁做唔到某隻胺基酸又有咩問題呢？胺基酸係所有生物都需要嘅「原材料」，係用嚟構建身體入面各式各樣嘅蛋白質。照正常情況嚟講，所有動物都需要用到二十隻胺基酸，缺一不可。嗰個應急方案就係令到恐龍製造唔到某隻胺基酸，迫使佢哋要靠進食加咗Lysine補充劑嘅食糧先生存到。
但係呢個應急方案有咩問題呢？有兩大個問題。第一，基本上所有動物都係唔識製造Lysine呢隻胺基酸。第二，基本上你求其食啲嘢都會食到Lysine。
有關第一點，Lysine係屬於”Essential amino acid”，意思係指呢隻胺基酸係人類（或其他動物）身體唔識得製造、因此必需靠進食先會得到嘅營養。咁嘅話，成個Knock out根本就冇意思；本來就冇嘅功能，何來令佢失去呢？
有關第二點，Lysine係可以靠進食而獲得嘅。但咩食物有Lysine呢？其實只要食物入面有蛋白質，基本上就會有Lysine，因為Lysine係其中一種「原材料」吖嘛。食高蛋白質含量嘅食物(i.e. 肉、奶、豆、蛋…等等)會保證你吸收到足夠嘅Lysine。即係話，無論有冇補充劑都好，啲恐龍都會吸收到Lysine呢隻胺基酸，都會生存到。
總括而言，成個應急方案喺兩個層次上都係廢嘅，因為佢嘗試刪除本身就唔存在嘅功能，而且動物一早就搵到解決呢個問題嘅方法(Life finds a way…)。不過，雖然呢種方法用喺動物身上係冇意義，但係原來又唔係毫無用武之地㗎喎。
喺生物化學研究之中，好多時科學家會用到酵母(Yeast，學名Saccharomyces cerevisiae)呢種生物。有時研究人員想利用酵母製造一啲佢想整嘅蛋白質出嚟，咁佢就要用方法將某啲基因（想要整嘅蛋白質嘅基因）塞入啲酵母度（可以想象成將一啲DNA打入酵母度，令佢哋使用呢啲外來嘅DNA去整一啲外來嘅蛋白質。）塞DNA入去都唔係一個大問題；問題係如果我淨係想要嗰啲塞咗外來DNA嘅酵母，而唔想要淨低嘅其他酵母（因為塞呢個步驟唔係百份百成功，只係一部份酵母會收到外來DNA)，我點先可以揀返佢哋出嚟呢？
方法就係靠一啲唔識整Lysine嘅酵母。Lysine對動物嚟講係essential amino acid；但係對酵母呢隻菌類嚟講，Lysine並非essential amino acid，因為佢本身就識自己製造Lysine。即係話，就算你用一啲缺少咗lysine嘅營養液去養佢，佢都仲會識得生長。只但係，如果你將酵母基因體(genome)入面對製造Lysine必需嘅嗰部份刪除咗，咁佢就必需靠有Lysine嘅營養液先生存到。呢種「需要Lysine但係又唔識自己整Lysine」嘅狀態，我哋稱之為Lysine auxotrophic (adj.)；Auxotroph (n.) 就係指需要某種營養但係又冇能力將佢合成出嚟嘅生物。
於是科學家首先就養起呢啲Lysine auxotrophic酵母，用嘅當然係含有Lysine嘅營養液啦。之後就將「佢想整嗰隻蛋白質嘅基因」嗰啲DNA，痴落去「酵母本身用嚟整Lysine嘅基因」嗰段DNA度，再將成抽DNA打返入去啲Lysine auxotrophic酵母度，然後用啲冇Lysine嘅營養液去養佢。
咁會發生咩事呢？嗰啲冇接收到外來DNA嘅Lysine auxotrophic酵母因為冇辦法整lysine、又吸收唔到外來嘅Lysine，好快就會陣亡。相反，嗰啲接收咗外來DNA嘅酵母，因為佢哋重獲整Lysine嘅基因（唔再係Lysine Auxotrophic），所以就算周圍冇Lysine提供到畀佢，佢都可以自己整啲畀自己用。結果就係，科學家得到一啲塞咗外來DNA嘅酵母（想整嗰隻蛋白質嘅基因 ＋ 整Lysine嘅基因），又且殺晒淨低嘅其他酵母。呢個係分子生物當中好常用嘅篩選技倆。
最後想講一講返《侏羅紀公園》個應急方案。究竟點先可以令到呢個方案有效呢？呢種應急方案稱為Biological containment，其實喺現實世界入面一直都有用到，通常係用喺防止某啲微生物逃離實驗室。Biological containment又分為兩種，一種叫Active，一種叫Passive。Active就係指將微生物基因改造，令到佢缺乏某種營養嗰陣，細胞會自己整啲毒素或表達有害嘅基因整死自己。Passive就係好似《侏羅紀公園》個應急方案咁，當佢缺少某啲必要嘅營養時，佢自自然然就生存唔到。
但係Lysine Auxotroph好明顯係唔適合用嚟做Passive Biological Containment嘅方案，因為要獲得Lysine實在太容易。於是有科學家嘗試改造啲微生物，令佢哋需要用到一啲「非自然胺基酸」”Unnatural amino acid”先至生存到。咁嘅話，就算佢有一日逃離實驗室，佢都冇辦法喺外界生存。如果照辦煮碗，將恐龍改造到用「非自然胺基酸」，咁佢哋就真係冇辦法逃離《侏羅紀公園》喇。（只不過呢個方案都係天荒夜譚。改造細菌容易；但係以人類目前嘅技術嚟講，要改造一隻動物，令到佢用「非自然胺基酸」去製造蛋白，應該仲係漫漫長路；甚至可以話係唔可能，咁做就如同重新設計過一隻動物咁滯。）
最後要讚一讚套戲，gene knockout mice係八十年代嘅研究產物，而《侏羅紀公園》係1992年上映，都算跟得好貼㗎喇。
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後註：
刪除一個功能唔一定係指要將成段基因刪走。其實好多時只需要令佢有些少基因變異(mutation)，從而令到整出嚟嘅蛋白質唔能夠正常運作，咁就已經算係成功KO咗個基因。
後註二：
製造一隻胺基酸係需要經過好多步驟，牽涉到好多唔同嘅酶(enzyme; enzyme都係蛋白質嚟）。其實只要其中一個步驟出問題，成條生產線就會停頓。
後註三：
其實唔一定要提供終極製成品(i.e. Lysine)，嗰啲「唔識自己整lysine」嘅酵母先至生存到。正因為製造胺基酸係需要經過好多步驟，所以如果出問題嘅係前期步驟，你就可以提供較後期嘅半製成品畀佢，佢都會識得整啲終極製成品出嚟。
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gene knockout mice- nobel prize 2007
“Amino acids: metabolism, functions, and nutrition”, 2009
有關essential amino acid
Introduction to Yeast Media – Sigma-Aldrich
公司教你點揀養酵母嘅營養液，留意”Synthetic Drop-Out Medium Supplements”
An engineered bacterium auxotrophic for an unnatural amino acid: a novel biological containment system (2015)
基因改造令細菌需要使用非自然胺基酸
Jurassic Park Wiki – Lysine contingency
詳細講返《侏羅紀公園》個應急方案
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2017年10月25日
