病毒突变图谱工具可协助研发更强的COVID-19免疫增强针和通用疫苗

"我们已经开发了一个预测工具，可以提前告诉你哪些抗体将对循环的病毒株有效，"主要作者、化学和生物工程副教授Timothy Whitehead说。"但是这项技术的意义更为深远。如果你能预测在一个特定的季节里会出现什么变体，你就可以接种疫苗，以匹配将出现的序列，并缩短这种季节性变异。"

研究小组的秘密成分是面包师的朋友：酵母。研究人员开发了这种无害材料的转基因版本，以沿着酵母的表面表达SARS-CoV-2的一些病毒尖峰蛋白，用它可以绘制形成和逃避中和抗体的结果突变。Whitehead说，由此产生的路线图可以为开发更有效的加强型疫苗和为COVID-19严重病例的患者量身定做的抗体治疗提供参考。

冠状病毒SARS-CoV-2的插图，它导致了COVID-19疾病。注意装饰在病毒外表面的尖刺，这使病毒看起来像一个围绕着病毒体的日冕。资料来源：美国疾病控制和预防中心

穗状蛋白是冠状病毒家族中的病毒表面伸出的尖锐凸起。在显微镜下，它们可能看起来像一顶皇冠，这就是冠状病毒–冠状病毒在拉丁语中是"皇冠"的意思–这是其获得这一名称的原因，也是它们如何像锁中的钥匙一样与细胞结合的关键。当抗体识别它们，抓住并阻止它们与细胞结合时，它们就能防止感染。

但是当穗状蛋白发生突变时，抗体就会做两手准备。"就像剪了一个新发型，你看起来像一个不同的人；对那个抗体来说，这看起来像一个不同的病毒。"

化学和生物工程专业的研究生Irene Francino Urdaniz在Whitehead实验室从事这项研究

在2021年出现的更具传染性的Delta变种的穗状蛋白上的突变使其更具传染性，并降低了一些抗体疗法的疗效。

如果有一种方法可以预测下一个可能出现的突变–从而为它们做好准备，会怎么样呢？今年早些时候，Whitehead的团队开始寻找一种方法。

一些能与不同位置结合的抗体已被用于给COVID-19患者的治疗鸡尾酒。但是现在在美国境内流通的病毒株已经足够不同，以至于这些抗体疗法中的一些似乎不再有效。

因此，首先，研究人员需要确定可能阻止这些抗体发挥作用的尖峰蛋白上的突变。然后他们想预测接下来可能发生的突变–什么样的形态可能会形成zeta、eta或theta变种？

论文的共同作者、化学和生物工程专业的研究生和Balsells研究员Irene Francino Urdaniz说："当大流行开始时，我们看到了应用我们实验室所掌握的技术来做出贡献的机会。当检测到一个新的变种时，根据我的研究，我大多数时候都能猜到哪些变种是存在的。我非常兴奋，因为我的工作不仅为这次大流行做出了贡献，而且可能为未来的疫苗做出了贡献。"

Francino-Urdaniz开发了一种普通面包酵母的基因工程菌株，它可以在其表面显示不同部分的病毒尖峰蛋白。然后，她发现了如何在一个试管中筛选出成千上万的突变，以找到能逃避中和抗体的突变。

正如2020年一些自家的面包师在实验酸面团起动器时发现的那样，酵母的生长速度相当快。这意味着研究人员可以看到各种各样的突变以酵母的生长速度发展–比实时出现突变的速度要快得多。这可以给科学家们一个宝贵的先机。

研究人员已经发现了目前在全球范围内流传的一些相同的突变，并确定了更多有可能逃避我们免疫系统的突变。他们还将提供他们所有的信息库、方法和软件作为公开的社区资源，以加速针对SARS-CoV-2的新治疗策略。

这意味着为公众生产的下一个COVID-19疫苗或加强针可能具有尽可能大的冲击力。它还为那些免疫力低下或仍处于较高风险中的人带来了希望，因为这项研究可以应用于主动为特定的突变准备抗体鸡尾酒，使他们有更好的机会生存和康复。

但承诺并不限于此。由于新的mRNA疫苗的适应性，它与穗状蛋白一起工作，这项研究的应用并不限于一种病毒。例如可以把它用于绘制流感和艾滋病毒的轨迹；用于其他已知的病毒性疾病，以及可能出现的下一次大流行病。