| 抗菌蛋白的發現 一生與垃圾為伍的蒼蠅之所以百病不染,百毒不侵,緣於其體內含有一種抗菌蛋白。有研究報告指出,任何種類的病原菌,在蒼蠅體內的存活時間都不超過7天,只要有萬分之一的濃度,抗菌蛋白就可殺死許多種病原菌,其效力高於目前人類已發現的抗菌素。那麼,昆蟲的抗菌蛋白是如何發現的呢? 關於抗菌蛋白的研究可以追溯到70年代的初期由日本東京大學名取俊二教授所進行的研究,名取教授是在進行麻蠅(蠅類的一種)之激素的研究時,在一個無意的觀察中發現了抗菌蛋白的存在。他與他的研究同仁們將麻蠅幼蟲之胸腹部間用絲線結紮, 然後切除頭胸部,剩下游離腹部,當他們觀察該游離腹部對注射激素的反應時,發現即使沒有用酒精消毒,或者實驗時即使沒有無菌的設備,麻蠅的游離腹部都沒有任何感染細菌的現象發生。這是為什麼? 名取教授當時一直思考著這一問題,後來他們經過幾十年的努力,終於發現麻蠅幼蟲受傷感染到細菌後,原來體內會產生將外來的細菌殺死的蛋白質,後來他們將這一類蛋白質定名為抗菌蛋白。 一般而言,高等動物與昆蟲等低等動物在免疫反應上有兩個主要的不同之處,即高等動物有顯著的能力在體內生產對抗數百萬侵入生物體內的外來物(即抗原,包括病原菌及某些植物的花粉等)之抗體,而產生抗體-抗原的免疫反應,而且此種免疫反應是可「記憶」的。例如,人一旦得了麻疹後,就不會得第二次。但像昆蟲這樣的無脊椎動物就沒有高等動物這樣複雜的免疫體系了,事實上,昆蟲在漫長的演化過程中,也形成了牠獨特的適應環境的免疫機制,其特徵為:一旦外來微生物侵入體內時,體內會快速地生產抗菌蛋白,昆蟲的抗菌蛋白不像高等動物的抗體那樣可在體內永久存在,為一短暫性產物,很快就會在體內消失,而當下次昆蟲遭遇同種微生物重複感染時,體內又會生產同樣的抗菌蛋白。
名取教授及同事們設計了一個很簡短的實驗來檢測抗菌蛋白的存在,他們將受傷前及受傷後之麻蠅幼蟲的血液取出,分別放入內含大腸桿菌的瓊脂培養基中,如果麻蠅受傷後體內會生產抗菌蛋白的話,含有受傷後麻蠅幼蟲血液的那一組培養基中的大腸桿菌數目就會明顯減少。他們的實驗果然證明了麻蠅幼蟲在受傷後體內會產生強烈抑制大腸桿菌的抗菌性物質(圖1)。後來,他們分離純化了該物質,發現為一具有39個氨基酸的蛋白質分子,且命名為麻蠅毒素。因氨基酸的構成成份不同,麻蠅毒素可分為5種不同的類型,在0.5μg/ml的濃度下,它們都有極高的抗菌能力,但對動物卻無任何副作用。 與此同時,科學家們對蠅類以外的昆蟲之抗菌性物質也進行了一系列探討,至今已從家蠶、煙草角蛾、柞蠶、天蠶及果蠅等多種昆蟲種類中發現了許多種抗菌性蛋白質(圖2),儘管因昆蟲種類不同,所分離得到的抗菌蛋白之抗菌特性不同,但不同種類的抗菌蛋白之氨基酸序列及蛋白質之立體結構十分類似,表明在長期演化的過程中,昆蟲的抗菌蛋白在演化的很早的時期就已經存在。 |