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纯化分离是生命科学中最基础的技能,经常分离的大分子就是核酸与蛋白。核酸耐酸,耐碱,耐高温,耐有机溶剂,性质稳定,容易放大,也容易工程化,但是蛋白不耐酸碱,不耐高温,也不耐有机溶剂,特别容易变性。如果说核酸分离是技术,容易重现。蛋白分离有点像艺术,很多的know-how书本上没有,或语焉不详,更依赖师门传承。我入行较早,一路走来,蒙各位师友指点,获益颇多。本文就蛋白纯化(准确说是表达)中蒙杨老师指点,在我初入职场时,攻读学位中,乃至在咨询案例时都发挥了十分重要的一个知识点,与各位同行分享。
第一次见杨老师是在传染病房!那是一个春光明媚的上午,公司王老板带着我到杨老师床前面试(二面)。那时候我才大学毕业半年,在上海的一家生物公司划水了三个月后回到家乡,懂一些基本的词汇。公司拿了一个课题,但是蛋白一直做不出来。杨老师找了中国科学院的老师作了碱基序列优化,也拿不到有活性的蛋白,进度压力之下,他病倒了;没柰何想招一个人接着往下做,在中部的城市,20多年前,公司没什么人可选。杨老师问了我几个问题,我勉强能接上。本科刚毕业的我,懵懵懂懂中,就成了职场中的纯化小白。
老板是从中国科学院出来的,碰着那些年健字号,药字号大放送的“好”时光,靠着改剂型的秘籍,拿了许多文号。他觉得要上档次,邀请从研究所退休的杨老师来做重组药物开发。原蛋白是细菌发酵产生,老板非要做转基因,把基因扩增后导入大肠杆菌。问题是细菌发酵纯化的蛋白,具有极好的溶栓活性;而重组的蛋白,一点活性也没有。
我住在实验室,把知道的“技巧”全测试了一遍,甚至还做了变性和复性。复性的蛋白放到纤原蛋白板的时候,居然出现了微微泛白的迹象,我一阵激动。后来把复溶液点上去作为阴性对照的时候,发现也有同样的现象。推测是复溶液中加入了甘油,甘油在板上渗入较慢,会呈现泛白的现象,和溶解纤原蛋白后透明的还是有明显的区别。这结果对初出茅庐的我,真如一瓢冰水浇头。
杨老师也慢慢康复了,实验室的活我都能干了,这大大解放了杨老师,他有了很多的时间来阅读文献和思考。有一天,杨老师给了我几篇文章,其中一篇发表在《Nature》上的1989年的论文让我有了不同的思路。虽然做的不是这个蛋白,会不会也有类似的情形:我们构建的质粒是不完善的(只是截断的序列,而不是全长)。虽然有了想法,实施却不容易,因为我们实验室连PCR仪器都没有,更不要提各种限制性内切酶了。杨老师跟我讨论了许久,在老板面前支持我提出的方案:在成熟的蛋白(mature protein)前面加入前导肽(pro-sequence)。
当时有两个同学在上海,一个同学的实验室有PCR仪器,另一个同学实验室应该有一些内切酶。提完细菌的基因组DNA后,我只身前往上海,拜托两位同学把质粒构建好。拿到测序报告后,我带着转化好的细菌回去发酵表达。被负面结果打击了许久的我们,不眠不休,连续作战,终于纯化出一批蛋白,看到平板上透明圈,我觉得那是世界上最漂亮的圆!经历过这段悲喜,我和杨老师也成了忘年之交,保持着多年的友谊。这段经历,也让我有了继续从事生命科学的信心。也让我意识到,自身知识的单薄,想做好研发不是件容易得事情;也成了我几年后洋插队到美国农村,研究蛋白的动力之一。
我运气不错,洋插队遇到了很好的导师。他除了学术上比较固执外,其他方面都是一个完人。我当时研究的是一个含金属锌离子的水解酶,老师一直让我重复毕业师兄的实验,就是在培养基里加入钴离子,希望得到含钴离子而不是锌离子的蛋白。我很信任导师,不知是该感谢还是埋怨他的耐心,我做了3年,就是得不到含钴离子的蛋白。看着周围的同学一个个博士毕业,奔赴星辰大海,我为自己的将来感到恐慌。长期性的重复实验,经常性的胡思乱想。一天晚上,思绪飘到自己之前的尤里卡时刻,突然想到,也许该看一下现在的蛋白是否也有信号肽呢?
第二天早晨我迫不及待的冲进办公室,研究了一下该蛋白的测序报告。这个蛋白居然有信号肽(应该有,蛋白就是分泌到细胞质外去水解目的分子,只是我想着尽快晚上老师交代的任务,忘记了仔细看看自己所研究的蛋白)。和上次不一样,这次是克隆了全长的蛋白。我把信号肽切掉后,让蛋白在细胞质内表达,用基础培养基诱导表达,分别加上不同的金属离子(铁钴镍铜锌),然后得到含不同离子的蛋白。每出来一个,老板都在实验室欢呼: unprecedented! 研究生前3年困扰我的问题,现在都迎刃而解,我因此在第4年发表7篇论文(其中JACS4篇)后毕业。国际上有好几个团队都在研究这类蛋白,大家都没有意识到该蛋白在不同地方表达的差异,让我捡了一个漏,真幸运!
生活还在继续,纯化未曾停歇,受命运之神的引导,把我带向了工业界。这些年研究了近三位数蛋白,经历过不少奇怪的蛋白,也给不少纯化出过方案。有一个核酸酶的蛋白比较难表达,但是我拿到手后,第一时间就发现它是一个分泌蛋白。没有惊讶,没有欣喜,将信号肽换成表达宿主的,加在成熟蛋白的前面,一切就按部就班向前。那一刻,我的思绪飞回到初见杨老师那个明媚的上午。行文至此,不禁想起蒋捷的词。
虞美人·听雨
蒋捷
少年听雨歌楼上,红烛昏罗帐。壮年听雨客舟中,江阔云低、断雁叫西风。
而今听雨僧庐下,鬓已星星也。悲欢离合总无情,一任阶前、点滴到天明。
以此纪念进入纯化领域并认识杨老师24周年!
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GMT+8, 2025-9-19 05:23
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