中大生命科學研究團隊於1月4日在《美國國家科學院院報》發表論文,揭示了植物種子儲存蛋白的分子機制,研究團隊表示這項發現有助開發利用植物生產疫苗的技術。

醫藥界一直在開發利用植物作為「蛋白工廠」的技術,以大量培植有應用價值的蛋白;此外,植物種子擁有穩定的生物化學環境,可以確保植物生產的蛋白能夠長期保持穩定及易於保存。然而,相關的蛋白儲存技術尚未完全成熟。

在種子形成的過程中,植物會運送一些對種子發芽過程重要的蛋白到種子的儲存庫「蛋白儲存液泡」,為開枝散葉作準備。中大生命科學學院院長黃錦波及其研究團隊,聯同中大卓敏生命科學教授姜里文,成功拆解這種蛋白儲存機制的其中一個關鍵部分。

黃錦波指:「在日常生活中,貨物必須附上郵寄標籤才能給郵遞員將其送到目的地;同樣,儲存蛋白的氨基酸序列中也包含這樣的標籤。『液泡分選受體』是植物細胞中的蛋白郵遞員,它能識別目標蛋白的序列標籤,並將它們送到儲存庫。」

黃教授和他的團隊使用 X 射線晶體學作為分子顯微鏡來檢視化液泡分選受體如何識別種子儲存蛋白上的序列標籤(液泡分選序列)。(中大提供)
黃教授和他的團隊使用 X 射線晶體學作為分子顯微鏡來檢視化液泡分選受體如何識別種子儲存蛋白上的序列標籤(液泡分選序列)。(中大提供)

研究團隊利用X射線晶體學作為分子顯微鏡,窺探到目標蛋白的識別序列標籤上含有一些特性,比如含電荷及疏水性等。種子的儲存庫有能力偵測和識別這些特性,從而挑選需要儲存的蛋白類型。

 黃錦波和他的團隊發現並設計了新的序列標籤,可以將紅色熒光蛋白引導到植物細胞中的液泡。(中大提供)
黃錦波和他的團隊發現並設計了新的序列標籤,可以將紅色熒光蛋白引導到植物細胞中的液泡。(中大提供)

基於上述發現,研究團隊利用擬南芥植物作為實驗對象,在一種熒光蛋白中加上新設計的序列標籤,並成功被植物細胞中的儲存庫識別並引導蛋白進入。

中大團隊計劃將研究成果應用於有應用價值的蛋白,改造其序列標籤,使得其可以被種子中的儲存庫識別和儲存。

黃錦波表示,這是一項重要的發現,研究結果帶來改變種子儲存蛋白的技術,可以將有應用價值的蛋白(如可作為生產疫苗的抗原)引導到種子液泡中,令植物轉化成「蛋白工廠」以及儲存它們的載體。「這將會是生物科技的一大突破。」

黃錦波主要研究蛋白質的結構及功能,他在《美國國家科學院院報》、《PLoS 生物學》(PLoS Biology)、《植物細胞》(The Plant Cell)、《核酸研究》(Nucleic Acids Research)等國際領先期刊,曾經發表多篇具影響力的文章。

他現為中大農業生物技術國家重點實驗室的成員,也是中大生命科學學院教授姜里文(細胞器生物發生與功能中心)和教授林漢明(可持續農業和糧食安全植物與環境相互作用基因組研究中心)領導的卓越領域項目團隊成員。@

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