【NOW健康 楊芷晴／台北報導】複製（Ctrl+C）貼上（Ctrl+V）是電腦文書處理最常使用的功能。令人意外的是，科學家發現蛋白質演化的時候，竟然也採用類似的高效率策略。


▲半乳醣凝集素的無結構區段的趨同演化_AI生成。（圖／陽明交大提供）


陽明交大發現脊椎動物蛋白質功能演化 是透過不斷複製貼上聚集


陽明交大生化暨分子生物研究所黃介嶸教授研究團隊，最近針對脊椎動物體內一段沒有結構的蛋白質區段進行研究【註1】，發現這類蛋白質的功能演化，並不一定是靠精雕細琢調整每個化學零件，而是透過不斷「複製貼上」特定片段，逐步累積出越來越完整的功能。


黃介嶸研究半乳糖凝集素這段沒有結構的蛋白，會聚集成像小水滴般的液滴，進而把細胞內的醣分子黏在一起，在身體免疫與細胞溝通中扮演關鍵角色。


▲儘管組成無序蛋白的胺基酸成分大不相同，但人類與斑馬魚的無序蛋白卻都能發揮凝集功能_AI生成。（圖／陽明交大提供）


過去科學家常認為，這種聚集能力高度依賴特定種類的胺基酸，就像黏膠必須使用特定成分，才能提供足夠的黏合力。然而研究團隊比較大量生物資料的半乳糖凝集素後發現，不同生物使用的「材料」其實很不一樣。例如人類的蛋白質較常出現酪胺酸，斑馬魚則較常使用色胺酸，但兩者都能成功發揮凝集的功能。


從短小的序列出發到靈活擴增模組序列 打破蛋白質精準設計觀點


既然材料不同，為什麼功能可以殊途同歸？研究團隊實驗發現，真正重要的不是一定要使用哪一種胺基酸，而是取決於材料重複的數量。黃介嶸形容，演化傾向於在蛋白質序列中不斷「複製貼上」相同的氨基酸的片段。


換句話說，演化並沒有執著於在單一胺基酸的強度上鑽牛角尖，而是採取了更簡單有效率的「以量取勝」策略，只要把能發揮作用的小片段重複排列，就能累積出足夠的凝集能力。


黃介嶸說，面對生物複雜的生理需求，蛋白質從一個短小的序列出發，直接利用宛如電腦指令「Ctrl+C / Ctrl+V」的複製貼上機制，不斷疊加這些模組序列。透過單純增加模組重複的次數，不同物種最終都能獨立趨同演化出強大的凝集功能。這種靈活的擴增策略，完美展現了大自然在分子層次上的模組化設計智慧。


這項刊登在《EMBO Reports》的研究，打破了以往認為蛋白質功能必須精準設計的觀點，替未來蛋白質工程與合成生物學提供新的想像。若科學家能借鏡這套大自然的程式碼，未來或許可設計出具有特定相分離特性的生醫高分子材料，或是針對異常相分離引起的疾病尋找新的標靶機制。


# 首圖來源／陽明交大提供


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