科技创新「疫」转乾坤｜星岛教室

2023-10-05 15:46

数年前新冠疫情来势汹汹，人类的应变能力面对史无前例的巨大考验。幸得生物科技为人类带来疫苗及核酸测试等重要发明，大大增强了人类抵抗病毒的能力。本文将与各位读者分享有关「COVID-19疫苗」，即「mRNA疫苗」的原理。近年来，分子生物学家彻底改变开发疫苗的方法，为预防疾病的技术发展另辟新径。本文将探讨GFP-RNA、脂质体和脂质纳米颗粒在mRNA疫苗中的应用。

mRNA疫苗：疾病预防新领域

与依赖灭活病原体或蛋白质抗原的传统疫苗不同，mRNA疫苗利用人体自身的细胞机制来产生病毒蛋白质。通过引入编码特定病毒抗原的RNA，宿主细胞便能够产生所需的病毒蛋白，启动强大的免疫反应。mRNA疫苗的优点之一是其多功能性。它们可以根据目标病毒的基因组信息，轻松合成信使RNA（mRNA）序列，因此开发速度相对较快。此外，mRNA疫苗的安全性比传统疫苗高。第一，它们没有可能致病的活病毒颗粒；再者，mRNA在蛋白质产生后会迅速降解，不会整合到细胞的DNA中。

近年来，mRNA疫苗在预防病毒和细菌引起的传染病，例如流感、寨卡病毒、HIV，以及COVID-19等方面已展现强大的优势。mRNA疫苗亦广泛应用在癌症治疗中。通过编码肿瘤特异性抗原，mRNA疫苗亦可以刺激免疫系统识别和标靶式攻击特定癌细胞。这些疫苗在针对各种类型癌症（包括黑色素瘤、乳腺癌和肺癌）的临牀试验中，均显示出良好的治疗效果。

本校同学进行生物科技实验的情况。

GFP-RNA：基因表达分析工具

绿色荧光蛋白（GFP）是生物科技研究中广泛使用的工具。它是一种从发光水母中分离出来的蛋白质，当暴露于蓝色或紫外线时，会表现出明亮的绿色荧光。在实验室中，GFP通常用作视觉标记，藉以追踪目标基因的表达和定位（下图）。

通过将GFP与目标基因融合，研究人员便可以在荧光显微镜下，观察活细胞或生物体中GFP产生的荧光信号，令实验人员能够实时研究目标基因的表达、蛋白质生成和细胞的动态。

本校的生物科技实验室快将落成，当中配备大学实验室级别的仪器，学生可以通过运用体外细胞基因转移技术，把目标基因及GFP基因加入细胞中。在荧光显微镜下，学生便可观察目标基因在细胞中被激活的过程。

GFP-RNA是指编码GFP蛋白的RNA分子。将GFP-RNA纳入mRNA疫苗，使科学家能够实时监测病毒蛋白，了解疫苗的状况。这些信息有助于优化疫苗设计、剂量和配药方式。

在活细胞中加入GFP基因，并用荧光显微镜观测。

脂质体：高效的递送载体

脂质体及脂质纳米颗粒（下图）是由脂质双分子层组成的小泡囊，成为疫苗的载体。在mRNA疫苗中，它们能够保护RNA免于降解和促进其进入目标细胞。RNA是一种脆弱的分子，很容易被细胞外环境中存在的酶降解。脂质体和脂质纳米颗粒封装RNA，形成保护性脂质双分子层，使其免受酶促降解。这种封装令mRNA疫苗能够在体内长时间停留，从而保持其完整性，进入细胞。此外，脂质体可以促进mRNA疫苗被细胞摄取，脂质体的脂质双分子层的组成与细胞膜相似，使其与细胞表面相容，有助加强融合，促进封装的RNA进入细胞质。

GFP-RNA、脂质体和脂质纳米颗粒彼此配合，在mRNA疫苗科技领域上产生协同效应。这协同组合既能够实时监测蛋白质表达，亦可增强RNA稳定性，使疫苗高效、有针对性地递送至宿主细胞。随着mRNA疫苗领域的不断发展，以及防范将来病毒再次来袭，人类需要进一步探索，进而优化技术，精益求精。在中学引入生物科技课程，盼令莘莘学子领先涉猎相关知识，将来在人类与病毒的战役中出一分力，发一分光。

小思考，大智慧

1. mRNA疫苗可以帮助治疗甚么类型的疾病？
2. GFP-RNA、脂质体和脂质纳米颗粒如何能够促进mRNA疫苗中的应用？

参考答案

1. 流感、寨卡病毒、HIV、COVID-19，以及癌症。
2. 三者都能实时监测蛋白质表达，亦可增强RNA稳定性，使疫苗高效、有针对性地递送至宿主细胞。

新冠疫苗始祖夺诺贝尔医学奖

2023年诺贝尔医学奖殊荣，由匈牙利生物化学家考里科（Katalin Karik）与美国医学专家韦斯曼（Drew Weissman）共同摘下桂冠，以表扬二人对信使核糖核酸（mRNA）的研究成果。早于1990年代初期，科学家已尝试以离体转录的mRNA进行动物测试，藉此探讨以此作为疫苗的可行性。然而，mRNA激活宿主的炎症反应，以致无法在医学领域上大派用场。后来两位教授将mRNA内的「尿苷」转换为「伪尿苷」，成功消除mRNA产生的炎症反应。二人早于2005年发表有关研究成果，即2019冠状病毒大流行的15年前。两位教授在mRNA技术的发现，亦为疫苗提供重要的技术研发基础，大大增强了人类抵抗病毒的能力。

文：九龙真光中学生物科科主任陈钧伟

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