病毒DNA不規則配對 中研院解密

李昀澔 2014/03/31 13:48 點閱 8604 次
中研院生化所長蔡明道(左)及研究助技師吳文晉(右)等人,利用核磁共振技術,成功解開非洲豬瘟病毒突變的奧秘。(photo by李昀澔/台灣醒報)
中研院生化所長蔡明道(左)及研究助技師吳文晉(右)等人,利用核磁共振技術,成功解開非洲豬瘟病毒突變的奧秘。(photo by李昀澔/台灣醒報)

【台灣醒報記者李昀澔台北報導】中研院團隊最新研究,成功顛覆生物學教科書上有關去氧核醣核酸(DNA)複製的邏輯!中研院生化所長蔡明道與研究助技師吳文晉等人日前發表於《美國化學會期刊》的研究,運用核磁共振技術,首度解開DNA「不規則配對」的奧秘;該研究不僅為目前肆虐於東歐的「非洲豬瘟」提供藥物研發基礎,也可望開啟疫苗及部分人類癌症研究的新方向。

生物的遺傳基因密碼由DNA組成,DNA則由「A、T、G、C」等4種「鹼基」排列組合;科學家華森與克立克在1953年時提出DNA的「雙股螺旋」結構,後世也將「A配T、G配C」的配對方式稱為「華森克立克準則」,必須遵照此準則配對,DNA才能不斷複製,讓生物延續生命及遺傳物質。

【DNA配對準則】
一種稱作「DNA聚合酶」的酵素,負責生物體內複製及修補受損DNA序列的工作;蔡明道指出,教科書上所謂正常的、出錯率僅百萬分之一的DNA聚合酶運作方式,係雙股DNA先拆開成為單股,2條單股DNA各自與DNA聚合酶結合,再「拉進」作為複製「原料」的A、T、G、C其中之一來配對,就能組成1條新的雙股DNA。

近10年來學界發現,某些生物的DNA聚合酶,並非完全遵照華森克立克準則運作;蔡明道團隊在2008年時,發現「非洲豬瘟病毒」的DNA聚合酶X(簡稱Pol X),就屬於這類「不按規則」的酵素之一,會製造出「G配G」的組合,且數量上與正常的「G配C」相近,代表並非隨機突變,而是某種病毒賴以生存的機制。

【G配G突變】
蔡明道等人發現,非洲豬瘟病毒的Pol X會先與「原料」結合,再與單股DNA結合,正是這個「配對順序」上的異常,製造出GG組合;吳文晉的研究,則是全球第一個利用核磁共振技術,「捕捉」到二元的「Pol X與原料」及三元的「Pol X、原料與單股DNA」完整結構,證實配對順序造成組合異常的理論。

蔡明道表示,全球共有幾十個實驗室,利用「晶體學」方式在研究DNA聚合酶的運作,但由於異常配對難以形成結晶,造成該領域研究多年來停滯不前;吳文晉則另闢蹊徑,與國科會合作,利用核磁共振技術,成功「解構」Pol X與原料結合的整體構造,蔡明道說,「這個工作花了將近10年,也是很不容易。」

【非洲豬瘟藥物研發】
這類「不遵守」華森克立克準則的配對方式,對非洲豬瘟病毒而言,可讓病毒不斷突變以適應各種生存環境;對畜牧業而言,非洲豬瘟會造成豬隻嚴重內出血,死亡率幾達100%,目前無法有效治療,而立陶宛、烏克蘭與波蘭日前才剛爆發大規模流行,俄羅斯也曾傳出病例,一旦蔓延至中國大陸,對東亞包括台灣等國,都是潛在威脅。

在瞭解非洲豬瘟病毒複製的秘密後,就能據此研發治療豬瘟的藥物,吳文晉進一步解釋,人類體內也有20餘種類似「不照規則」的DNA聚合酶,有些與產生抗體的機制有關,吳文晉等人已著手研究的則與皮膚癌、大腸癌及攝護腺癌等腫瘤突變有關;他強調,未來重點將釐清人類DNA聚合酶,是否也是透過「錯序」的方式進行突變。