DNA導引蛋白質結晶技術突破 助攻藥物研發

【記者林煜軒／綜合外電】過去，科學家們依賴經驗、耐心甚至運氣，才能讓蛋白質形成適合X光分析的晶體。這項耗時且困難的過程，如今有望迎來重大變革。美國西北大學的研究團隊近期發表一項突破性技術，利用 DNA 作為精準的「引導工具」，成功將蛋白質組合成高度有序的結晶結構，為加速藥物研發與材料科學應用開啟新篇章。

蛋白質是生物體內最重要的分子之一，理解其三維結構對於現代醫學至關重要，有助於鎖定藥物靶點、理解疾病機制。然而，傳統 X 光晶體學雖是解析蛋白質原子結構的黃金標準技術，其前置的蛋白質結晶過程卻極具挑戰，因為蛋白質的化學與物理特性差異巨大，難以使其自然形成晶體。

由奈米科技先驅查德·米爾金（Chad Mirkin）領導的西北大學研究團隊，借用在遺傳學領域更為人熟知的 DNA，來克服這項挑戰。這項方法的原理優雅而精巧：DNA 具有高度可預測的結合特性，其四種核苷酸鹼基能以特定組合精準配對。研究人員將短鏈 DNA 附著在蛋白質上，這些 DNA 鏈便能作為可程式化的分子連接器，依照預設的方向和位置，將蛋白質精準地聚集在一起，使結晶過程變得有意圖且可控。

藉由這項技術，研究團隊成功生成了逾 1,000 個蛋白質晶體，並解析了 28 種獨特 DNA-蛋白質設計的結構，證明該方法具有良好的可重複性，而非一次性的實驗成果。這些形成的蛋白質晶體不僅展現原子級的有序性，同時也具備不尋常的柔韌性，挑戰了傳統認為高度有序晶體必然相對剛硬的假設。

這項創新對於藥物開發具有深遠影響。許多治療方案的失敗，往往是因為缺乏疾病相關分子靶點的詳細資訊。若能更容易取得高解析度的蛋白質結構，將加速以結構為基礎的藥物設計，幫助研究人員識別結合位點、優化候選化合物，並更深入理解生物作用途徑。特別是生物技術領域日益關注的膜蛋白、工程化酵素及多蛋白複合體等複雜靶點，傳統技術難以使其結晶，而此可程式化結晶平台有望擴展結構研究的蛋白質範圍，縮短新藥開發時程。

這項研究的意義不僅止於蛋白質結構的解析。研究人員證實，DNA 導引的晶體可透過工程化調整其物理性質。透過修改 DNA 的長度、序列與位置，晶體的架構也能隨之改變，這為設計具有特定機械、化學或生物特性的材料開啟了新的可能性。這項突破也代表著米爾金實驗室在 1990 年代首創的科學概念，如今已從奈米粒子領域延伸至生物學，利用 DNA 組織蛋白質，將奈米科技、分子生物學與材料科學等過去被視為獨立的學科，巧妙融合以創造新的技術能力。

不過，這項技術的實際應用仍需進一步發展。研究人員需要證明此方法可適用於更廣泛的蛋白質種類，並能整合至學術實驗室和製藥公司日常使用的流程中。這項研究成果已於昨日（29日）發表在《科學進展》（Science Advances）期刊，預示著未來 DNA 將不再僅是遺傳資訊的載體，而是能以原子級精準度組裝複雜生物系統的可程式化工程材料，最終可能影響製藥、診斷、先進製造和機器人等多個領域。