轉(zhuǎn)基因大腸桿菌能生產(chǎn)干擾素糖蛋白嗎？

1、人教版高中生物選修3現(xiàn)代生物科技專題在“基因工程的應用”一節(jié)中，介紹基因工程藥物干擾素時，有如下一段文字“19801982年，科學家用基因工程方法在大腸桿菌及酵母菌細胞內(nèi)獲得了干擾素，從1 kg細菌培養(yǎng)物中可以得到2040 mg干擾素?！?很多老師對這段文字存在一些困惑：酵母菌是真核生物，細胞內(nèi)有內(nèi)質(zhì)網(wǎng)和高爾基體等細胞器，因此能生產(chǎn)糖蛋白，而干擾素是糖蛋白，故酵母菌細胞能夠生產(chǎn)干擾素；但是大腸桿菌是原核生物，細胞內(nèi)沒有這些細胞器，那又怎么能生產(chǎn)如干擾素呢？我們根據(jù)以往的知識分析得知，大腸桿菌無法生產(chǎn)糖蛋白，但是干擾素是不是一定就是糖蛋白呢？根據(jù)生物學書中的定義，干擾素是哺乳動物細胞在誘導物的誘

2、導下產(chǎn)生的一種特異糖蛋白，由此可知，由哺乳動物細胞分泌的天然干擾素是糖蛋白，但是這并不意味著由基因工程技術(shù)生產(chǎn)的重組人干擾素就一定是糖蛋白。我們知道，將邏輯推理運用于解決生物學問題時，如果不考慮生物學問題的特殊性，有可能會導致過于絕對化的。比如，人教版高中生物必修2遺傳與進化中有一個探究活動“脫氧核苷酸序列與遺傳信息的多樣性”2，這個探究活動探討了由4種堿基排列而成的脫氧核苷酸序列是否足以表達生物體必需的各種遺傳信息。理論上，由4種堿基排列而成的脫氧核苷酸序列有4n種可能，遠遠多于生物體實際存在的脫氧核苷酸序列的數(shù)目，但這里的推理結(jié)論的成立依賴于一個假設：所有堿基對的隨機排列都能構(gòu)成基因。事實

3、上，大部分堿基對的隨機排列不能構(gòu)成基因，即不能成為生物體的遺傳信息，但是因為理論上計算出來的脫氧核苷酸序列數(shù)目要遠大于實際數(shù)目，所以這并不影響推導的過程和結(jié)論。同樣，在大腸桿菌生產(chǎn)干擾素這個案例里，如果要使大腸桿菌生產(chǎn)干擾素即大腸桿菌能生產(chǎn)糖蛋白這個命題成立，也存在一個假設，即基因工程方法生產(chǎn)的干擾素和天然的干擾素一樣，都是糖蛋白。但是，據(jù)科學家的研究資料顯示3-5，用大腸桿菌生產(chǎn)出來的干擾素是沒有糖鏈的，但同樣能夠抑制病毒在細胞內(nèi)的增殖，加強巨噬細胞的吞噬作用和對癌細胞的殺傷作用。由此可知，該假設對于大腸桿菌表達系統(tǒng)并不成立，大腸桿菌可以生產(chǎn)干擾素，但沒有證據(jù)表明大腸桿菌能生產(chǎn)糖蛋白。既然基

4、因工程方法生產(chǎn)出來的干擾素沒有糖鏈也能發(fā)揮作用，那哺乳動物細胞為何要“多此一舉”給干擾素加上糖鏈呢？糖鏈之于糖蛋白的意義是什么？一方面，真核細胞的糖基化體系給蛋白加上糖鏈后，能夠幫助蛋白折疊成正確的構(gòu)像，同時糖蛋白分子表面的極性糖鏈有助于蛋白質(zhì)的溶解，防止蛋白聚集沉淀，從而能使糖蛋白分泌到細胞外。而在大腸桿菌表達系統(tǒng)中，由于缺乏糖基化體系，表達的非糖基化蛋白常常會在細菌體中聚集成不溶性的包涵體（inclusion body）。所謂包涵體，是指由于表達部位的低電勢以及外源蛋白分子的特殊結(jié)構(gòu)如Cys含量較高、低電荷、無糖基化等，使得外源蛋白與其周圍的雜蛋白、核酸等形成的不溶性聚合體。包涵體中的蛋白

5、是沒有生物活性的，需要通過后續(xù)的溶解、純化、復性等操作幫助變性的包涵體蛋白折疊成有生物活性的蛋白。科學家用基因工程的方法在大腸桿菌細胞內(nèi)獲得的干擾素就是以包涵體的形式存在的，因此，最初獲得的干擾素是沒有活性的，通過之后的純化、復性等一系列的操作，科學家才得到了有生物活性的重組人干擾素。另一方面，糖鏈對蛋白的穩(wěn)定性和半壽期（half life，一種物質(zhì)其質(zhì)量的一半被代謝或排出所需的時間）有一定的影響，一些糖蛋白在去除糖鏈后雖然仍具有一定的生物活性，但是易被蛋白酶降解。因此，真核細胞表達的干擾素需要糖鏈來穩(wěn)定結(jié)構(gòu)、幫助溶解，并通過轉(zhuǎn)運系統(tǒng)分泌到細胞外，進入血液循環(huán)系統(tǒng)，以發(fā)揮其抗病毒抗腫瘤的生物功

6、效。大腸桿菌是不是就一定不能生產(chǎn)糖蛋白呢？在上個世紀，也許不可能，但是現(xiàn)在，隨著科學技術(shù)的發(fā)展和科學研究的進一步深入，科學家們發(fā)現(xiàn)在一種名為Campylobacter jejuni的細菌里存在生產(chǎn)糖蛋白的基因簇，即pgl基因簇，此基因編碼的蛋白能夠起糖基轉(zhuǎn)移酶的作用，科學家用基因工程方法將這套基因克隆至大腸桿菌共表達，使得大腸桿菌也能夠生產(chǎn)相應的糖蛋白6。雖然大腸桿菌生產(chǎn)糖蛋白與真核細胞生產(chǎn)糖蛋白在合成機理、糖鏈結(jié)構(gòu)等方面有很多差異，而且用大腸桿菌生產(chǎn)糖蛋白還處于實驗室探索研究的階段，但相信隨著這方面研究工作的不斷開展，有希望在不久的將來研發(fā)出一套成本低、產(chǎn)量高、質(zhì)量好的大腸桿菌重組糖蛋白表達系統(tǒng)。干擾素是哺乳動物細胞在誘導物的誘導下產(chǎn)生的一種特異糖蛋白； n 科學家通過基因工程用大腸桿菌生產(chǎn)出來的干擾素是沒有糖鏈的，但同樣能夠抑制病毒在細胞內(nèi)的增殖，加強巨噬細胞的吞噬作用和對癌細胞的殺傷作用； n 真核細胞表達的干擾素需要糖鏈來穩(wěn)定結(jié)構(gòu)、幫助溶解，并通過轉(zhuǎn)運系統(tǒng)分泌到細胞外，進入血液循環(huán)系統(tǒng)，以發(fā)揮其抗病毒抗腫瘤的生物功效； n 2002年，科學家們發(fā)現(xiàn)在一種名為Camp