針戳電刑槍擊－－聽起來好像是什麼黑牢酷刑，使盡諸般手段去折磨。沒錯，這些確實都是殘忍痛苦的鏡頭，不過畫面並非出現在封閉幽暗的監牢裡，而是在先進明亮的生物實驗室中；施暴者也不是冷面酷吏或是黑道囉嘍，而是一群稱為研究生或博士後研究員的人；至於被酷刑伺候的可憐蟲－－還真的是可憐蟲－－就是我目前在實驗室裡養的單細胞生物：四膜蟲(Tetrahymena thermophila)。
為何要在四膜蟲身上花這些工夫？因為我們要利用四膜蟲作為模式生物，來進行分子遺傳學與細胞生物學實驗，就必須要有辦法把DNA送到四膜蟲的細胞裡去表現與活動，在分子生物學上我們稱之為轉型(transformation)。如此一來，我們可以在試管中（其實是微量離心管啦！）先對要送進去的DNA做種種的操作，剪接，修飾，改變基因的訊息或加上額外的訊息，然後送進細胞裡去，看看到底被轉型的細胞有什麼樣的反應。對於四膜蟲，總不能像媽媽哄騙小娃娃吃飯或吃藥一般把DNA硬給吞下去，所以就只好用暴力的手段了。目前只有三個方法是發展成熟的，也正是標題的三大酷刑－－顯微注射法(microinjection)，電穿孔法(electroporation)，以及基因槍法(gene gun)。
顯微注射法是最直截了當的方式，也是最早應用在四膜蟲上的轉型方法。這個方法是我們老闆的第一個研究生，目前在西雅圖素負盛名的Hutchinson Cancer Research Center當教授的姚(Meng-Chao Yao)（註一）所發展出來的。道理很簡單，就是在顯微鏡下操作，直接把DNA利用毛細針頭注射到四膜蟲的細胞核大核(macronuclues)裡頭去。基本的方法跟製造基因轉殖線蟲的方法類似（註二），不過線蟲是在固態培養基上爬行，我們能用小蟲鏟去沾附挑起蟲隻，四膜蟲則是養在液態的培養液中，就得用毛細管接上管子，管子一端含在口中，毛細管端在水中追著蟲跑，然後輕輕吸起來。四膜蟲體積更小，而且不能脫離水溶液的環境，但是又不肯安分地在載玻片上待好，總是翻轉來翻轉去地游動，所以操作難度更高。由於後來成功發展出其他轉型四膜蟲的技術，這項要心細手巧加上耐心操作的顯微注射法已經漸漸失傳，目前我們實驗室裡只有一個已經追隨我們老闆工作近三十年的資深技術員會了。
電穿孔是利用高電壓造成細胞膜瞬間的通透性改變，而趁機讓DNA進入細胞內。方法簡單多了，只要把細胞養到一定的數量，用緩衝液洗去殘存的培養基，然後把DNA加到細胞懸浮液中，移入特定的電擊槽，調好電壓電阻時間，輕輕一按就完成了。由於比起顯微注射實在是簡便太多了，所以大家當然捨繁就簡。電穿孔法是十分常用的方法，早就被廣於應用在許多不同的生物上，比方說各種細菌，酵母菌，離體培養的細胞株等等。我們實驗室裡有一位日本籍的博士後研究員以前利用水螅當研究材料，據他說他們就是將整隻小水螅放入槽中去電擊。至於成功應用在四膜蟲上則是由先前我們實驗室的博士後研究員Jacek Gaertig所改進完成的。Jacek目前任教於University of Georgia，在他離開我們實驗室之前，還與Cornell University的Peter Burns研究群共同合作發展出用生物壓縮氣槍轉型四膜蟲的方法。
基因槍（註三）也是普遍用在許多生物的轉型方法，原理就是利用壓縮的空氣把DNA打入生物體內。既然稱為’槍’就當然有子彈，這個子彈就是塗鍍著DNA的金屬粒子。我們把金粒子加入DNA震盪混合，使DNA吸附在金粒子表面，然後均勻地塗在一個塑膠膜片上，置入壓縮氣槍的腔室上方，然後把四膜蟲離心沉澱下來以除去大部分的培養液，把細胞舖展在潮濕的濾紙上，放入壓縮氣槍的腔室下層。行刑開始，打開氣閥，當氣體壓力累加到某一個程度時，我們就可以聽到”啵！”一聲，塑膠膜片上的金粒子與DNA被打出去射到濾紙以及細胞上，然後趕緊把濾紙連同四膜蟲一起取出來，丟進培養液裡就完成了。
三種方法當然各有利弊，電穿孔最簡便，但是應用上有限制；基因槍的轉型效率最好，但是投資與材料的成本昂貴；至於顯微注射可能只有在其他兩者都因故行不通時才會再試吧。不過，不論是哪一種方法，這都是前人花費心血與歲月，一步步嘗試得來的結果。所以當現在我坐在書桌前想著proposal該怎麼寫，實驗可以這樣做可以那樣玩而不至於左支右絀時，不由得深深感佩前輩，以及億億萬萬被凌虐或犧牲的纖毛蟲....
（註一）姚是台灣人，老闆說是他當教授三十年來所遇到最聰明的學生。可惜我至今仍無緣去認識這位優秀的老學長。
（註二）請看＜綠螢光線蟲＞一文。
（註三）基因槍有其他的名稱，不過我覺得這個最簡明易懂。照片中的就是我們實驗室所用的同型基因槍BioRad Biolistic gun 。
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