林柏儒
林柏儒

簡報設計師︱總是想東想西

化學與未竟之夢(其三)

我從小就以為我會成為科學家,可惜並沒有。這些追尋的足跡是美的,也是注定未完的。


誰知道呢?

大二上學期的某天,我在 PTT 班版看到 Henry 學長在幫老師徵專題生,這應該是我第一次聽到徐尚德老師的名字。「用物理化學方法研究蛋白質結構嗎......」雖然我對生物化學並沒有太多概念,但這個徵人文寫成這樣,各種關鍵字實在讓我很心動。當時我決定,就是這裡了!

我想說的是,如果你是企圖心很強,甚至畢業想出國唸書的,這實在是一個非常好的地方。這邊是一個人拿一個 project,指導你的人就是老師本人,我保證一定會學到非常多東西,你沒有一絲鬆懈的機會。[...] 去年七月加入實驗室後,年底就發了一篇小小小 paper。雖然很小,但是從頭到尾都是自己完成的,包括英文。此外,之間參加過很多個研討會,到了韓國,也去了澳洲,甚至到德國 NMR 實驗室做一個月短期研究。一切都在這一年又三個月之間。所以只要企圖心夠強,老師絕不會攔你。(PTT NTUCH-104 版,2013/11/20,大二上學期)

大二下學期末,我寫了封信跟徐老師約見面。在那個簡短的會談中,徐老師提到這個暑假中研院生化所本來就有短期研究計劃,所以接下來兩個月就讓我先跟其他的暑期專題生一起做研究吧。後來我才知道,那個生化所主導的研究計畫不僅要考試篩選,還有一些我根本不符資格的限制。而我之所以能出現在那裡,僅僅是因為我寄了封信給徐老師,而徐老師也答應我而已。

此後我便明白,有時運氣就是會莫名其妙降臨。假如我先看到了那不符資格的暑期研究計畫,我會不會就忽略這個機會呢?在看似無望的情境中,只要拼一把的代價沒有太高,總是有賭中的時候。誰知道呢?所以還是不要輕言放棄吧。

畜牧人生

那年的暑期研究,含我在內共有六位專題生,分別給六位不同的學長姐帶,而帶我的就是 Henry 學長。第一天花了點時間在環安衛的講習上,回到實驗室後就正式開始 lab tour and training,從實驗室的每個設備該如何使用講起。

相較於詹老師的有機實驗室,這間實驗室真的很乾淨。沒有有機溶劑的味道,沒有會溶穿橡膠手套的鹵素溶劑,甚至不一定需要實驗衣與護目鏡。放置生化廢棄物的垃圾箱上印有巨大的 Biological Hazard 警告圖樣,但也只是靜靜地立在角落。只要不把大腸桿菌吃下肚,還真想不到有什麼危險之處。只要每次做完實驗就洗手,想喝水總是沒問題吧?對於討厭口渴的我來說真是太好了。

既然加入了研究蛋白質的實驗室,當然要學會怎麼製造蛋白質,而我覺得這蠻像在養雞的。為了做出特定結構的蛋白質(雞蛋),我們要先將一段特殊基因放入大腸桿菌(雞)之中,利用它們來製造蛋白質。嵌入基因後,因為空氣中有各種不同的細菌,因此我們要加入抗生素來場大屠殺,確保只有含有特殊基因的大腸桿菌活下來。

但要怎麼確保活下來的是含有特殊基因的大腸桿菌呢?我們要先挖一點點大腸桿菌出來,用「膠體電泳」的方式檢驗它們製造的蛋白質。這個膠體就像一片薄薄的果凍,只要先把蛋白質溶液放在果凍上緣,通電下去,帶有電荷的蛋白質就會開始在果凍中向下游泳。因為不同的蛋白質有不同的游速,所以我們在通電一段時間後,會把這片果凍染色來揭露游泳進度,只要蛋白質移動的距離符合預期,就可以確認這批大腸桿菌沒問題。總之,就是根據果凍上的圖案來占卜這群大腸桿菌是不是對的雞。

然而不幸的是,在抗生素大屠殺後倖存的大腸桿菌實在太少了,無法產生足量的蛋白質。就像雞太少了,雞蛋自然不夠用,因此我們會讓這些雞吃點好料,先來養個雞。倖存的大腸桿菌會被我們加入充滿營養液的大型錐形瓶中,讓它們一變二、二變四地分裂複製,幾個小時就夠養出一整瓶的大腸桿菌,而他們身上就帶有我們要的蛋白質。

有了這麼多雞之後,我們要怎麼拿到雞蛋呢?這就有點獵奇了。我們會先用高速離心機把這些大腸桿菌集中起來,並用超音波直接震碎這些大腸桿菌。這時整杯溶液中飄浮著大腸桿菌的碎塊、蛋白質與各種亂七八糟的物質,我們再透過好幾道純化手續把蛋白質分離出來。我已經不想談這要怎麼用雞來比喻......總之就是殺雞取卵吧。

雖然聽起來是個大量製造的工程,但其實滿滿兩公升的大腸桿菌溶液最後只能純化出 1~2 mL 的蛋白質溶液。這些蛋白質的保存期限並不長,也只夠做三天份的實驗,因此每週都要重新製作蛋白質才行。

幻影之躍

某天回程,我站在捷運南港站的月台,凝視牆上的幾米壁畫。那由溫柔筆觸繪成的捷運車廂,即將載我回家,而我望見了自己跳下月台的身影。

「剛剛那是......?」

列車進站,我一如往常上車。一時震驚之後,似乎沒什麼異狀,慢慢地也就淡忘了。

與醣共舞

把蛋白質製造出來後要做什麼呢?當然是拿來做實驗囉~我拿到的題目是研究蛋白質與乳糖的結合反應,嘗試從熱力學的角度分析 Galectin 家族中的三種蛋白質(代號為 Galectin-1, Galectin-7 與 Galectin-8)與乳糖結合的反應有何不同。

既然是從熱力學的角度出發,那就要量測結合反應的焓、熵、自由能等熱力學參數,而我用的「等溫滴定量熱法(Isothermal titration calorimetry, ITC)」就是其中一招。ITC 本身並不難理解,就是在一個恆溫的環境下,把乳糖一滴一滴慢慢加到蛋白質溶液裡,並量測這個過程中的熱量變化,僅此而已。

滴定時,儀器會紀錄乳糖的比例與反應熱,畫成一張圖,再套用數學模型來推算反應的熱力學參數。而我則觀察這些參數來研究 Galectin-1, Galectin-7 與 Galectin-8 與乳糖的結合反應,並嘗試從數據中洞視隱藏的真理。

總體來說,似乎只要把蛋白質和乳糖放進儀器,等個幾小時讓他跑完實驗後,我再去拿這張數據表即可。然而魔鬼藏在細節裡,從溶液的製備、去除氣泡與把溶液加入儀器的特殊技巧,都讓手殘的我花了一兩週反覆熟練。在平白消耗不少蛋白質後,我才能穩定重現文獻上的實驗結果,這一切並沒有我想像中那麼容易。

此外,ITC 真正的關鍵在於控制蛋白質與乳糖兩者的比例。由於一次實驗能滴定的量有限,要是比例差距太小,可能把乳糖滴完了都還沒有反應完全,而無法推算正確的結果;反之如果比例差距太大,幾滴乳糖下去就把蛋白質都反應完畢了,數據量就會少到難以分析。

為了找出蛋白質與乳糖的完美比例,就得以不同的比例反覆重複這個實驗,期望某次實驗能一次就做出好結果。問題在於,完美比例可能不存在......這時就要用不同的比例做兩到三次實驗,再把這幾次實驗的數據合併分析,才能得出那些熱力學參數。

我總覺得,這個過程就像蛋白質與乳糖的雙人探戈。我進你退,你進我退,反覆多次才能配合完美。不過 Galectin-1, Galectin-7 與 Galectin-8 三個蛋白質的個性並不相同,Galectin-8 甚至有兩個不同的結合部位,也是辛苦乳糖了。

整個暑假,就在這看不見的雙人舞中度過。

反覆記號

或許是為了參與幻日樂團當時在 the Wall 的演出,那兩個月我反覆聽著他們的新專輯《黑羽》。無論是主打的〈黑羽〉,我最愛的〈鴉夢〉,亦或是純粹的演奏曲〈月殞〉,這張專輯完整封存了當時的記憶,而如今我也以此召喚七年前的自己。

那兩個月中,我的日子過得工整規律。週一製作蛋白質,週二三四做實驗並整理數據,週五實驗室 meeting 並準備下週的蛋白質材料,週末在宿舍閱讀文獻並撰寫英文的 weekly report,每週穩定重複著。

這也是我至今最貼近上班的一段日子。平日早上從宿舍騎腳踏車到科技大樓站,坐捷運到昆陽站,轉搭公車到中研院,最後走上生化所五樓的 512 研究室,單趟超過一小時。這就是所謂通勤嗎?

到了午餐時間,中研院門口的餛飩麵與水餃,中研市場內的赤肉羹和乾麵,都是和學長姐與同期的專題生一起吃的。或許是因為一人拿一個 project,專題生彼此的交流並不多,只有這樣的時刻大家會一同聊上幾句,交換彼此的日常,並討論待會要訂什麼飲料。

下午的工作結束後,如果趕不上傍晚五點半那班往臺大的接駁車,自己坐車回宿舍往往也七點多了,吃完晚餐就超過八點。在那之後,我通常沒辦法再集中精神,常常無意識地在網頁間穿梭來去,很快地睡覺時間就到了。

而隔天,又是同樣的一天,後天自然也是如此。

夏夜飛霜

暑期研究的最後一週,專題生們不再成天做實驗,而是窩在電腦前整理數據,拼命撰寫最終的研究報告。當時我想,如果能整理成像期刊論文那樣,豈不是太帥了嗎?因此我在寫作之餘,也特別注意表格與文字排版的樣式,最終以 "Thermodynamic study of galectin-1, -7, and -8 binding to lactose" 這篇報告作為暑期研究的總結。

現在看來,先不說有許多歐文排版的細節沒有顧到,數據本身也不知道能不能用,而最後的 References 更是凸顯文獻閱讀量不足。即便如此,當時的我真的已經很滿意了。表格上的每個數據,都是好幾次實驗的成果,都是蛋白與醣攜手跳過的舞,每個字都是我的青春。

回到臺南老家,我把自己兩個月的青春印成兩頁 A4,和我的家人分享。這段冒險他們無法參與,但依然點頭以示鼓勵。或許在那個瞬間,我是個令他們驕傲的兒子吧。

那天半夜,我把報告親手撕個粉碎,紙片紛飛若雪。

CC BY-NC-ND 2.0

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