發光發亮的昆蟲桿狀病毒
 
2018/07/18
 
趙裕展 | 中央研究院分子生物研究所
 
 

「昆蟲桿狀病毒」是一種田間普遍存在的昆蟲病毒,會感染小菜蛾等鱗翅目昆蟲,但不會感染鱗翅目以外的生物,專一性高。中央研究院分子生物研究所研究員趙裕展指出,其實兩、三百年前,農人就已經開始應用病毒於防治害蟲上,他們把死掉的蟲體加以研磨,施用在其他蟲上,其他害蟲便會死亡。後來了解背後的原因是病毒後,各國政府也開始核准當做生物農藥使用。只是目前用於蟲害防治的成本很高,較難推廣,反而在醫學、工業方面的應用更受重視。

 

利用桿狀病毒生產珍貴蛋白質

 

桿狀病毒的基因體為DNA雙螺旋,可以利用基因工程,把外來基因插入桿狀病毒的DNA,病毒就可生產特定的蛋白質。例如趙裕展團隊把綠螢光基因插入病毒後,本來必須用電子顯微鏡才能觀察到的病毒,在光學顯微鏡下就可輕易觀察。

 

趙裕展團隊成功讓帶有水母綠螢光基因的桿狀病毒感染小菜蛾,使小菜蛾發出綠螢光,成為世界首例,1996年發表於《自然》期刊上。小菜蛾初感染到病毒時,發出的螢光較微弱,隨著病毒增加,螢光也一天天增強。過去要確認病毒感染是否成功、感染多寡,並不容易觀察,現在有了螢光當做追蹤工具,便很容易觀察病毒感染的程度、病毒如何在動物個體之間傳播等。

 

桿狀病毒因為能生產蛋白質,現在已是生產疫苗的主流,第一個以此法生產的人類疫苗是2008年的子宮頸癌疫苗,第二個則為2013年開始的流感疫苗。相對而言,台灣目前的疫苗製造,是用真正的病毒減毒,再用雞胚生產;過程繁瑣,且設備門檻和成本都很高,如果以桿狀病毒生產,安全性和成本都會更佳。

 

趙裕展團隊成功使家蠶感染帶有螢光基因的病毒,並且從許多品種的家蠶中找出感染能力較好的。只要讓這些病毒同時可生產大量的基因工程蛋白(例如雞瘟或豬瘟相關的蛋白質),家蠶發亮的程度也就反映出生產蛋白質的量。由此,家蠶可以成為生物反應器,生產珍貴的蛋白質,只要三、四天,就可以生產豬瘟或雞瘟疫苗。

 

基因工程桿狀病毒也可放入孑孓、蚊子,讓各種蚊子發光。這在未來有許多發展潛力,例如便於觀察登革熱在蚊子間如何傳播,或用來研究蚊子的生理、發育,發展出對抗登革熱等病毒經蚊子傳播的方法。

 

桿狀病毒甚至可當做動物組織治療的工具。清華大學的團隊已經成功讓桿狀病毒攜帶能產生「生骨激素」的基因,且證實能幫助骨折的兔子快速復原,將來遲早也能夠運用於人類的治療。

 

生物醫學的重要工具

 

桿狀病毒還能夠成為模擬其他病毒的「仿病毒」,有助於生物醫學的研究。以流行性感冒為例,流感病毒表面的抗原,主要由兩種大分子膜蛋白排列組成,可以用基因工程的方法,把這些蛋白複製到桿狀病毒的表面末梢;這樣的桿狀病毒有許多特性都和流感病毒一樣,但不會繁殖,如果拿來製作疫苗,也能夠預防流感。

 

同樣的概念也可運用於更危險的病毒,例如近年出現的高死亡率流感H7N9,已經在老鼠身上證實,接受疫苗的老鼠都能存活。另外如茲卡病毒、伊波拉病毒,也可藉由桿狀病毒製作出安全的研究材料、檢驗工具、發展疫苗等。

 

來自田間昆蟲身上的小小病毒,不僅可以在農業上進行蟲害防治,還可以生產重要的基因工程蛋白質、甚至模擬有害病毒,在醫學或工業上應用,真可說是名副其實的「小兵立大功」。【整理|科學人】

 

 
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