流感，是一種由傳播快、易變異的流感病毒引起的常見呼吸道傳染病。據(jù)世界衛(wèi)生組織數(shù)據(jù)顯示，每年全球大約有10億例季節(jié)性流感病例。接種疫苗是防控流感最經(jīng)濟有效的手段之一，“下一代疫苗的開發(fā)”在2021年被《科學》雜志列為125個前沿科學問題之一。
北京時間1月15日18時，中國科學院深圳先進技術研究院（簡稱“深圳先進院”）合成生物學研究所研究員司龍龍團隊在國際權威學術期刊《自然—微生物學》和《自然—化學生物學》上同期發(fā)表兩項重要研究成果。
團隊合影
研究團隊聚焦減毒活疫苗研發(fā)的關鍵共性難題，基于該團隊前期建立的第一代蛋白降解靶向的減毒疫苗技術（簡稱“PROTAR疫苗技術”），從介導病毒蛋白降解的E3泛素連接酶的多樣性、病毒蛋白和氨基酸位點的多樣性兩個方面，對PROTAR疫苗技術進行優(yōu)化迭代，分別建立PROTAR流感疫苗庫和第二代PROTAR疫苗技術，為更加安全、有效的減毒活疫苗開發(fā)提供了新思路。深圳先進院為兩篇文章的第一單位和通訊單位。
文章上線截圖
中國科學院院士高福評價道，該工作極大豐富了PROTAR流感減毒活疫苗的多樣性，支撐PROTAR活疫苗系統(tǒng)評價與優(yōu)化，拓展了人們對PROTAR減毒活疫苗的認知，該團隊在PROTAR減毒活疫苗研究方向上的連續(xù)性工作為包括流感在內的多種流行性病毒的減毒活疫苗設計提供了新思路、新方法。
建立PROTAR流感疫苗庫，拓展疫苗多樣性
傳統(tǒng)疫苗存在諸多局限，一方面，部分傳統(tǒng)疫苗免疫效果欠佳，難以應對病毒頻繁變異；另一方面，一些疫苗安全性令人擔憂，可能引發(fā)嚴重不良反應。此外，部分疫苗研制技術復雜、通用性差，研發(fā)周期長且高度依賴研究人員經(jīng)驗，也極大限制了疫苗的快速生產(chǎn)與廣泛應用。
2022年，司龍龍團隊提出了PROTAR減毒活疫苗技術，相關成果發(fā)表于《自然—生物技術》。為進一步提升疫苗效用及安全性，在此次《自然—微生物學》新發(fā)表的研究中，司龍龍團隊基于前期研究，建立了PROTAR疫苗庫，拓展了PROTAR疫苗多樣性。
病毒組裝自身結構和行使生物學功能，很大程度上依賴病毒蛋白。據(jù)通訊作者司龍龍研究員介紹，團隊設計出獨特的“生命開關”元件——PTD，得以調控病毒蛋白的穩(wěn)定或降解。
“PROTAR疫苗技術的設計原理是利用細胞中的蛋白質降解機器——‘泛素-蛋白酶體系統(tǒng)’，將‘生命開關’元件PTD引入至病毒蛋白兩端，使得病毒在進入正常細胞后，病毒蛋白被系統(tǒng)識別并降解，導致病毒復制能力減弱，實現(xiàn)病毒‘減毒’，從而將病毒變成潛在疫苗?！彼君堼堈f道。
另一方面，為實現(xiàn)疫苗的高效制備，團隊還創(chuàng)新性地設計出了系統(tǒng)功能缺陷的工程細胞。通過選擇性移除“生命開關”元件PTD，病毒蛋白得以保留并穩(wěn)定存在，使得PROTAR疫苗可以在疫苗制備細胞中高效復制，滿足大量制備的需求。
在PROTAR疫苗設計中，病毒蛋白的特異性降解由PTD，以及其對應的E3泛素連接酶決定。目前，在真核細胞中已經(jīng)鑒定出超過600種E3泛素連接酶，為PROTAR疫苗的多樣性設計提供了生物學基礎。司龍龍團隊以流感病毒為研究模型，利用E3泛素連接酶的多樣性，設計并成功構建了22類PROTAR疫苗株，拓展了PROTAR疫苗的種類，并展示出PROTAR疫苗的多樣性。
此外，團隊對PROTAR疫苗的安全性、免疫原性、免疫保護效果進行了系統(tǒng)性的驗證及評價，為開發(fā)更優(yōu)的、具有臨床轉化潛力的PROTAR疫苗候選株奠定基礎，有望促進PROTAR疫苗技術的推廣應用和臨床轉化。
PROTAR疫苗2.0，提升疫苗技術靈活通用性
團隊開發(fā)的第一代PROTAR疫苗技術雖然顯示出良好的潛力，但該技術僅允許“生命開關”元件PTD裝載在病毒蛋白兩端（N端和C端），可能會限制技術在不同病毒中的廣泛應用。
司龍龍團隊在《自然—化學生物學》新發(fā)表的研究中，將該技術進一步升級，開發(fā)了PROTAR疫苗2.0，可支持PTD元件裝載在病毒蛋白的任意合適的位點，包括病毒蛋白兩端和內部位點，有效地彌補了第一代PROTAR疫苗技術的缺陷。
這一技術的改進，不僅為PTD元件在病毒蛋白中的裝載提供了大量位點選擇空間，提高了技術靈活性和通用性，還能實現(xiàn)多個PTD元件在同一病毒顆粒中的同時裝載，從而提升疫苗的安全性。
在犬腎細胞（MDCK細胞）、小鼠模型、雪貂模型的驗證實驗中，研究團隊證明了PROTAR疫苗2.0具有良好的安全性、免疫原性、交叉免疫保護效果；并進一步地在多種流感病毒中證明了其通用性，有望推廣至其他病毒疫苗的研制。
司龍龍團隊建立的PROTAR流感疫苗庫拓展了疫苗種類，豐富了人類防控病毒性流行性傳染病的“武器庫”。此外，開發(fā)的PROTAR疫苗2.0通過提升技術的靈活性和通用性，有望推動流感疫苗安全性及有效性的升級，為防控流感和疫苗研發(fā)具有重要的科學和應用價值。該兩項研究成果為流感疫苗研發(fā)提供了新思路。
中國科學院院士趙國屏評價道，合成生物學作為一門新興的交叉學科，借鑒工程學原理，設計改造天然生物系統(tǒng)，或合成新的生物體系，揭示生命運行規(guī)律（造物致知），變革生物體系工程化應用（造物致用），在食品、醫(yī)藥、能源、環(huán)境、材料、農(nóng)業(yè)等領域發(fā)揮著越來越重要的作用。該工作基于合成生物學研發(fā)新型疫苗技術，豐富了人們對抗傳染性疾病的武器庫，是合成生物學推動生物醫(yī)藥發(fā)展的成功范例。
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