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新型病毒三维原子尺度图谱在冠状病毒疫苗研究中的突破

新型病毒三维原子尺度图谱在冠状病毒疫苗研究中的突破

德克萨斯大学奥斯汀分校(University of Texas at Austin)和美国国立卫生研究院(National Institutes of Health)的研究人员在为2019年新型冠状病毒开发疫苗方面取得了重大突破,他们绘制了第一张病毒附着并感染人类细胞部分的3D原子尺度地图。

绘制这部分被称为spike蛋白的图谱是至关重要的一步,这样世界各地的研究人员就可以开发疫苗和抗病毒药物来对抗这种病毒。这篇论文将于2020年2月19日星期三发表在《科学》杂志上。

该科研小组还在研究相关的可行疫苗。

新型病毒三维原子尺度图谱在冠状病毒疫苗研究中的突破

领导这项研究的奥斯汀大学副教授杰森·麦克莱伦(Jason McLellan)和他的同事花了多年时间研究其他冠状病毒,包括SARS-CoV和MERS-CoV。他们已经开发出一种方法来锁定冠状病毒的突刺蛋白,使其更容易分析,并能有效地将其转化为疫苗的候选分子。这一经验使他们比其他研究这种新型病毒的研究团队更有优势。

“当我们得知这是一种冠状病毒时,我们觉得必须马上采取行动,”麦克莱伦说:“因为我们可能是最先获得这种结构的公司之一。我们确切地知道该加入哪些突变,因为我们已经证明这些突变对其他一些冠状病毒也有效。

新型病毒三维原子尺度图谱在冠状病毒疫苗研究中的突破

这项研究的主要部分是由该研究的第一作者之一、德克萨斯大学奥斯汀分校的博士生丹尼尔·拉普和研究助理王年霜进行的。

在从中国研究人员那里获得该病毒的基因组序列仅仅两周后,该团队就设计并生产了他们稳定的穗蛋白样本。他们又花了大约12天的时间,重建了被称为“穗状蛋白分子结构”的三维原子尺度图,并向《科学》杂志提交了一份手稿,从而加快了同行评审的进程。这个过程中涉及的许多步骤通常需要几个月才能完成。

这项成功的关键是在德州大学奥斯汀分校的结构生物学绍尔新实验室中采用了被称为低温电子显微镜(cryo-EM)的最先进技术。低温电子显微镜允许研究人员制作原子尺度的细胞结构、分子和病毒的三维模型。

新型病毒三维原子尺度图谱在冠状病毒疫苗研究中的突破

“我们最终成为第一批,部分原因在于绍尔实验室的基础设施,”McLellan说。“它突出了资助基础研究设施的重要性。”

研究小组生产的分子,以及他们得到的结构,只代表了突刺蛋白的细胞外部分,但它足以引发人体的免疫反应,因此可以作为疫苗。

接下来,麦克莱伦的团队计划用他们的分子作为“探针”,对引起COVID-19的病毒进行另一条攻击路线。从感染新型冠状病毒并成功康复的患者中分离自然产生的抗体。如果数量足够大,这些抗体可以帮助治疗暴露后不久的冠状病毒感染。例如,这种抗体可以保护士兵或医护人员,因为他们在接到通知后很短的时间内就被送到了高感染率的地区,从而使疫苗的免疫功能无法发挥作用。

新型病毒三维原子尺度图谱在冠状病毒疫苗研究中的突破

位于马里兰州贝塞斯达的美国国家卫生研究院疫苗研究中心(VRC)副主任巴尼·格雷厄姆帮助监督了实验,并参与撰写了这份手稿。

该研究的其他合著者是VRC的Kizzmekia Corbett和Olubukola Abiona;还有奥斯汀大学的乔里·戈德史密斯(Jory Goldsmith)和谢庆林(Ching-Lin Hsieh)。

Wang, Corbett, Graham和McLellan是美国一项关于冠状病毒融合前构象中突刺蛋白结构及其在治疗中的应用的专利申请的发明者。Wrapp、Wang、Corbett、Abiona、Graham和McLellan是本新闻稿中描述的候选疫苗美国专利申请的发明者。

这项工作得到了美国国家卫生研究院和美国国家过敏和传染病研究所的部分支持。绍尔结构生物学实验室由德克萨斯大学奥斯汀分校自然科学学院和德州癌症预防与研究所(CPRIT)资助。

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