呵,時光不倒流,熟蛋就不能返生嗎?


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呵,時光不倒流,熟蛋就不能返生嗎?

打破砂鍋問到底。

撰文| 李慶超(山東師範大學)

“熟蛋返生”可不可能?

當然可能啊!你看這個雞蛋哈,你第一次見,“一回生”,再瞅一眼,“兩回熟”。完事你把這個雞蛋還給老母雞,老母雞一屁股坐在上面,和其他雞蛋一起孵。隔天你再去找這個雞蛋,就不好找了,生疏了,“返生”了唄。

好吧,這裡的“熟”是指“把食物烹煮到可口”,也就是經過了一定程度的加熱。而“生”是指種雞蛋具備孵化出小雞的能力,也就是有生物學功能。那麼“返生”就是一個已經加熱熟了的雞蛋,最後“somehow”孵出小雞了。

這,可能嗎?

某同學搶答:“除非時光倒流。”

時間機器的問題交給物理學家研究吧,本文就此話題的生物學實質進行一點點討論。

圖:蛋清和蛋花兒

探討這個問題咱們首先要熟悉一個概念:變性。

這個蛋,你給它加熱~~等會兒,先踩一下剎車。這裡的“變性”不是性別轉換(Transsexual),也不是醫學上的變性(Degeneration),即組織器官從正常功能到低功能或無功能病變,比如視網膜變性等。

這裡的“變性”指的是生物化學上的變性(Denaturation),是指蛋白或核酸的天然的二級、三級、四級結構的部分或全部改變,導致生物活性喪失的過程。生命活動的主要承擔者——蛋白質或核酸——發揮作用需要保持天然構象(可以通俗理解為結構),而構象改變必然影響其生物活性,劇烈的結構變化會導致功能喪失。

舉一個通俗的例子,您手裡的手機內部結構使其具備一系列功能,掉地上被車壓了一下,它的重量不變、元素含量不變,甚至各個零部件都在,但是功能可能就部分或完全喪失了。能夠造成蛋白質或核酸變性的因素非常多,比如酸、鹼、有機溶劑、鹽離子、高能輻射等,其中最常見的因素就是我們所熟知的加熱。

蛋白質變性之後,最直觀和常見的現像是溶解性降低:生雞蛋清可以很輕易的溶解到水里,而加熱之後,它就會變白沉澱出來,不能溶解了。而蛋白質變性後最核心、最本質的變化是構象破壞所導致的生物活性喪失。生命活動的主要承擔者嗝屁了,生命自然也就終結了。雖然說核酸,特別是DNA,在變性後可能比較容易复性,但是生物的核酸往往不是赤裸的存在,DNA上面結合的蛋白質變性了,照樣使DNA難以恢復原有狀態。因此,雞蛋既然煮熟了,它就“變性”了,喪失“生物學功能”,不能孵小雞了。

圖:生鴨血和炒鴨血。事實上,凝血後血液就喪失了其正常功能,加熱後更是發生了蛋白質變性過程。

“等等,你說還有’复性’這回事?”

复性(Renaturation),是指變性的蛋白質或核酸的天然構象重建,以使該分子恢復其原始功能。舉個例子,在用大腸桿菌生產胰島素的過程中,胰島素原在大腸桿菌內積累後形成包涵體(就是蛋白太多擠成一坨),包涵體是不溶解且不能發揮正常功能的,因此需要通過复性的過程,使其成為具有天然構象的蛋白結構。這個過程往往需要純化包涵體後在還原條件下變性展開,然後在適宜的溶質濃度(往往用到尿素)條件下重新折疊成為天然構象。

不同蛋白質的複性條件和過程往往差異較大,需要單獨摸索,且並不是所有蛋白都能複性成功。往往較小的非跨膜蛋白比較容易复性,甚至有些蛋白复性能力太強,給生物學研究和衛生帶來困擾——比如RNA酶就很難通過水中加熱的方法去除,而朊病毒蛋白具有超強的耐熱和抗變性能力,給污染治理帶來困難。

圖:血紅蛋白的結構。每一個蛋白質就是一個精妙的分子機器,發揮特定生物學功能

“我把雞蛋的所有蛋白都复性了,雞蛋不就返生了嗎?”

一輛車有上萬個零件,每個零件都好使的情況下,湊到一起就能開嗎?

並不能。需要組裝成有機整體才可以(我有些可愛的學生,沒有360就不知道從哪裡打開U盤)。一個細胞有上千種蛋白質、上萬個基因,有復雜的DNA折疊封裝體系(染色質),還有胞內區室化膜結構(有膜細胞器)、細胞骨架、細胞膜、胞外基質等等等等。其中膜結構(脂質雙分子層)相對來說比蛋白質更脆弱。比如細胞凍存過程中,需要注意的一條就是避免冰晶產生所導致的膜結構破壞。

“那我發明一個超級3D打印機,按照生雞蛋的分子結構打印一個雞蛋!”

這個思路聽起來很科幻,但的確是生物學發展的一個方向哦。

設想一下,我們培養各種細胞,然後按照組織器官的結構來用細胞打印一個器官,完事兒就可以用於器官移植了。注意,這裡的材料是細胞,而不是分子或原子。細胞是生命活動的基本單位,如果想以分子或原子作為材料,打印一個活細胞,嗯,您還是考慮發明時光機器吧。您會修車不代表會造車不是?況且細胞的產生可遠比造車複雜得多。

生物學家普遍認為,生物只能源於生物,非生命物質絕對不能隨時自發地產生新生命,這就是生源論“Biogenesis”,即便是合成生物學,也是在已有的生物實體上進行改造的。

聽說,回答“能”的那個人已經接到警方通知要求配合調查了。