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《科学》:为什么说羊驼是“神兽”?读完这篇你就服了

发布日期: 2018-12-18 来源:生物探索

本文转载自“学术经纬”。

由于长相喜人,羊驼在网络上曾一度被称为“神兽”。这当然有戏谑和调侃的成分在,但从科学的角度讲,羊驼的确是一种神奇的动物。最近,顶尖学术期刊《科学》上发表了一篇关于羊驼的论文——来自美国Scripps研究所的科学家们利用大羊驼的抗体,开发出一种全新的流感疫苗。它有望将所有流感病毒类型给一网打尽!


▲谁能想到,长相“杀马特”的大羊驼还有这种神奇的能力?(图片来源:Pexels)

来自神兽的神奇抗体

在生物学研究中,大羊驼是备受免疫学家们关注的“宠儿”,这是因为它们体内可以产生一类独特的抗体:包括人类在内,许多生物的抗体是一种四链结构,这包括了两条重链和两条轻链。而大羊驼、羊驼、以及它们的表亲骆驼,体内的一种抗体分子竟然不含轻链!

这有什么好处呢?很明显,从尺寸上看,来自神兽的抗体比人体内的抗体更小。但这些抗体结构虽简单,却也能像传统抗体一样与抗原靶标紧密结合。而且它们还可以发挥个头小的优势,识别病毒表面更小、更隐蔽的结合位点。


▲大羊驼的抗体尺寸更小,却有多种神奇的能力(图片来源:《自然》)

这些小而强大的抗体还可以往身上安装多个结构域,结合不同靶标上的不同位点,起到“一个抗体就是一支军队”的效果。这也让科学家们开始探索利用神兽抗体治疗疾病的可能。

全能流感疫苗的诞生

在这项研究中,科学家们所针对的疾病是流感。作为一种全球性的疾病,每年它都会给人类带来威胁,而世界卫生组织也推荐通过每年接种疫苗,对此进行预防。为什么要每年进行接种呢?这是因为流感病毒易于变异,每年的病毒株类型都各不相同。要是有针对所有病毒类型的万能流感疫苗,那该有多好。

“像流感病毒这样具有高度变异性的病原体,要想广泛覆盖多种类型,大羊驼抗体的多特异性正是关键所在。”Scripss研究所的结构生物学教授Ian Wilson介绍。


▲本研究的通讯作者之一Ian Wilson教授(图片来源:Scripps研究所)

为了获得这种万能抗体,研究人员们首先给大羊驼注射了一种流感疫苗,其中含有三种不同的流感病毒,以及另外两种病毒的表面蛋白血凝素。接种之后,他们成功从大羊驼的血液里获得了四种小型抗体,每一种都能中和多个流感病毒类型。


▲单个抗体,就可以结合靶标上的四个位点(图片来源:Scripps研究所)

在此基础上,研究团队又成功设计出一种“四合一”基因,这种基因表达出的蛋白质是一种“四合一”抗体,成功将这四种小抗体的结构域组合在了一起。体外实验验证,60多种流感病毒(既有甲流也有乙流),都可以被这种四合一抗体中和!

连打针都不用?

接下来,研究人员们开始考虑抗体的递送问题。理论上讲,这些抗体本身就已经具有预防流感的效果。为了起到更好的效果,研究人员们决定另辟蹊径,用基因疗法中的常用方式,使用病毒载体,把设计好的目的基因直接导入患者细胞,生成相应的抗体分子,抵抗病毒。

鉴于上呼吸道是最容易受流感病毒侵袭的部位,研究团队尝试了鼻腔喷雾的方式,使上呼吸道细胞表达抗体。在小鼠实验中,研究人员们发现,通过把带有抗体基因的病毒载体喷入小鼠鼻腔,不仅可以成功抵抗多种流感病毒,起效还非常快!在短短两三天内,就可以起到保护作用。


▲利用鼻腔喷雾,这种抗体可以有效保护小鼠免受流感病毒的困扰(图片来源:Scripps研究所)

需要注意的是,尽管这种来自神兽的抗体在动物实验中,显示出同时预防甲型和乙型流感的巨大潜力,但要将其推向人体,后续必须进行更多的试验,并且需要通过人体临床验证。

但我们有理由保持乐观。今年,首款来自驼类动物的“纳米抗体”已经在欧洲获批上市,也有望在明年获得美国FDA的批准。我们期待来自神兽的抗体能够在未来给我们带来更多惊喜!

本文题图来自Pexels

参考资料

[1] Nick S. Laursen et al., (2018), Universal protection against influenza infection by a multidomain antibody to influenza hemagglutinin, Science, DOI:10.1126/science.aaq0620

[2] All for one and one for all to fight flu, Retrieved December 17, 2018, from https://www.nature.com/articles/d41586-018-07654-w

[3] Tethered antibodies present a potential new approach to prevent influenza virus infections, Retrieved December 17, 2018, form https://www.eurekalert.org/pub_releases/2018-

11/sri-tap110518.php

[4] Nasal gene spray inspired by llama antibodies could prevent all types of flu, Retrieved December 17, 2018, from https://www.sciencemag.org/news/2018/11/nasal-gene-spray-inspired-llama-antibodies-could-prevent-all-types-flu

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