病毒突變圖譜工具可協助研發更強的COVID-19免疫增強針和通用疫苗

科羅拉多大學博爾德分校的研究人員開發了一個平臺，能夠快速識別SARS-CoV-2病毒的常見突變，這些突變使其能夠逃避抗體並感染細胞。該研究最近發表在《細胞報告》上，標誌著向成功開發通用疫苗邁出了一大步，不僅適用於COVID-19，而且還可能適用於流感、艾滋病毒和其他致命的全球病毒。

"我們已經開發了一個預測工具，可以提前告訴你哪些抗體將對迴圈的病毒株有效，"主要作者、化學和生物工程副教授Timothy Whitehead說。"但是這項技術的意義更為深遠。如果你能預測在一個特定的季節裡會出現什麼變體，你就可以接種疫苗，以匹配將出現的序列，並縮短這種季節性變異。"

研究小組的祕密成分是麵包師的朋友：酵母。研究人員開發了這種無害材料的轉基因版本，以沿著酵母的表面表達SARS-CoV-2的一些病毒尖峰蛋白，用它可以繪製形成和逃避中和抗體的結果突變。Whitehead說，由此產生的路線圖可以為開發更有效的加強型疫苗和為COVID-19嚴重病例的患者量身定做的抗體治療提供參考。

冠狀病毒SARS-CoV-2的插圖，它導致了COVID-19疾病。注意裝飾在病毒外表面的尖刺，這使病毒看起來像一個圍繞著病毒體的日冕。資料來源：美國疾病控制和預防中心

穗狀蛋白是冠狀病毒家族中的病毒表面伸出的尖銳凸起。在顯微鏡下，它們可能看起來像一頂皇冠，這就是冠狀病毒--冠狀病毒在拉丁語中是"皇冠"的意思--這是其獲得這一名稱的原因，也是它們如何像鎖中的鑰匙一樣與細胞結合的關鍵。當抗體識別它們，抓住並阻止它們與細胞結合時，它們就能防止感染。

但是當穗狀蛋白髮生突變時，抗體就會做兩手準備。"就像剪了一個新發型，你看起來像一個不同的人；對那個抗體來說，這看起來像一個不同的病毒。"

化學和生物工程專業的研究生Irene Francino Urdaniz在Whitehead實驗室從事這項研究

在2021年出現的更具傳染性的Delta變種的穗狀蛋白上的突變使其更具傳染性，並降低了一些抗體療法的療效。

如果有一種方法可以預測下一個可能出現的突變--從而為它們做好準備，會怎麼樣呢？今年早些時候，Whitehead的團隊開始尋找一種方法。

一些能與不同位置結合的抗體已被用於給COVID-19患者的治療雞尾酒。但是現在在美國境內流通的病毒株已經足夠不同，以至於這些抗體療法中的一些似乎不再有效。

因此，首先，研究人員需要確定可能阻止這些抗體發揮作用的尖峰蛋白上的突變。然後他們想預測接下來可能發生的突變--什麼樣的形態可能會形成zeta、eta或theta變種？

論文的共同作者、化學和生物工程專業的研究生和Balsells研究員Irene Francino Urdaniz說："當大流行開始時，我們看到了應用我們實驗室所掌握的技術來做出貢獻的機會。當檢測到一個新的變種時，根據我的研究，我大多數時候都能猜到哪些變種是存在的。我非常興奮，因為我的工作不僅為這次大流行做出了貢獻，而且可能為未來的疫苗做出了貢獻。"

Francino-Urdaniz開發了一種普通麵包酵母的基因工程菌株，它可以在其表面顯示不同部分的病毒尖峰蛋白。然後，她發現瞭如何在一個試管中篩選出成千上萬的突變，以找到能逃避中和抗體的突變。

正如2020年一些自家的麵包師在實驗酸麵糰起動器時發現的那樣，酵母的生長速度相當快。這意味著研究人員可以看到各種各樣的突變以酵母的生長速度發展--比實時出現突變的速度要快得多。這可以給科學家們一個寶貴的先機。

研究人員已經發現了目前在全球範圍內流傳的一些相同的突變，並確定了更多有可能逃避我們免疫系統的突變。他們還將提供他們所有的資訊庫、方法和軟體作為公開的社群資源，以加速針對SARS-CoV-2的新治療策略。

這意味著為公眾生產的下一個COVID-19疫苗或加強針可能具有儘可能大的衝擊力。它還為那些免疫力低下或仍處於較高風險中的人帶來了希望，因為這項研究可以應用於主動為特定的突變準備抗體雞尾酒，使他們有更好的機會生存和康復。

但承諾並不限於此。由於新的mRNA疫苗的適應性，它與穗狀蛋白一起工作，這項研究的應用並不限於一種病毒。例如可以把它用於繪製流感和艾滋病毒的軌跡；用於其他已知的病毒性疾病，以及可能出現的下一次大流行病。