以人工蛋白質設計疫苗!以 RSV 為例!

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疫苗是預防傳染病傳播的最有效方法之一。它們能觸發免疫系統產生抗體,保護人們免受病毒或細菌等病原體感染。但是,人們仍然缺乏許多重要病原體的有效疫苗,例如流感或登革熱、新冠肺炎。

近日,由瑞士洛桑聯邦理工學院(EPFL)工程學院蛋白質設計與免疫工程實驗室(Laboratory of Protein Design & Immunoengineering, LPDI)的 Bruno Correia 研究員所率領的研究團隊已經開發出一種新的演算方法製造出人工蛋白質,該蛋白質並且可作為功能性疫苗。相關研究成果刊登於《Science》。

該研究共同作者 Fabian Sesterhenn 博士生提到,他們開發一種稱為 TopoBuilder 的蛋白質設計演算法。它以類似堆樂高積木(Lego)的方式將蛋白組裝成具有新穎功能的人工蛋白質,這樣的方式的確會令人著迷。

「呼吸道融合病毒(respiratory syncytial virus, RSV)會導致嚴重的肺部感染,特別是嬰兒和老年人,迫使他們住院。然而,經過幾十年的研究,現在仍沒有 RSV 疫苗或治療方法。」Correia 研究員說道。因此,其研究團隊專注於新發(de novo)蛋白的設計,以產生 RSV 疫苗。他們在實驗室(in vitro)創造出三價雞尾酒疫苗 Trivax,針對三個定義表位的平衡抗體反應,單次加強免疫後,在小鼠和非人類靈長類動物(nonhuman primates, NHP)中產生中和血清表現,並觸發其免疫系統產生針對 RSV 弱點的特異性抗體 RSV nAb。

此外,當在預融合 RSV 融合蛋白給藥作為增強免疫原時,Trivax 可以深刻地重塑血清成分,進而導致更高比例的表位特異性抗體和更高的抗體反應質量。在分子表現上,從經 Trivax 免疫的 NHP 中分離出的單株抗體具有表位特異性,類似於人類病毒感染所誘導的抗體。

De novo design of a trivalent cocktail vaccine (Source: Science, 2020; 368 (6492): eaay5051)

Correia 研究員提到,他們的發現令人鼓舞,因為總有一天,人們將能夠透過促使免疫系統產生特定抗體,來設計標靶特定病毒的更有效的疫苗。然而,要使他們開發的疫苗更有效,仍有很多研究和試驗要做。本研究是朝這個方向邁出的第一步。

例外,以 de novo 建立蛋白質的方法已經遠遠超出免疫學應用,它們還可以用於生物技術的各個領域,以擴大天然蛋白質的結構和功能範圍。Sesterhenn 博士生最後提到,他們現在可以用此方法來建立新的蛋白質,以應用於其他生物醫學領域,例如蛋白質的藥物或功能化的生物材料。

延伸閱讀:生物技術與病毒的競速大賽:全球疫苗研發近況

參考資料:
1. Science, 2020; 368 (6492): eaay5051 DOI: 10.1126/science.aay5051
2. https://actu.epfl.ch/news/designing-vaccines-from-artificial-proteins-2/

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