合成生物学助力细菌疫苗研发

细菌感染已成为全球第二大死亡因素,给人类健康与公共安全造成了巨大威胁。抗生素一直是治疗细菌感染最为主要的手段,但越来越严重的耐药问题给传统的抗生素疗法带来了严峻挑战。除了抗生素之外,疫苗被认为是防治传染性疾病传播最为科学、经济、安全和有效的手段,在人类抗击病原体感染斗争中发挥了重要作用。然而,细菌基因组庞大,致病机制复杂,研发疫苗存在有效抗原筛选、设计、制备难,抗原组合配伍难,有效性评价难,研发周期长等诸多瓶颈,导致细菌疫苗研发进展缓慢,尤其是临床常见的严重耐药致病菌尚无有效的疫苗可用。合成生物学是一门新兴的交叉学科,近年来在疫苗研究领域已经得到了广泛应用,包括抗原的筛选、理性设计、配伍组合,载体、佐剂和递送系统的设计以及免疫应答调控等。本文综述了细菌疫苗研究的现状以及耐药细菌疫苗临床试验研究进展,总结了合成生物学技术在几种重要类型细菌疫苗研发中的应用进展,最后对相关前景进行了展望。合成生物学在疫苗的形式、疫苗递送、疫苗的研制效率等方面为研究人员提供了更为广阔的空间,未来,应最大化地发挥合成生物学的优势,充分发展和应用合成生物学技术手段,建立科学、理性、有效、可行的管理制度,建设生物安全保障法律体系和监管措施,高效推动细菌疫苗研发,解决抗生素耐药问题,造福人类健康。

痘病毒对T细胞和B细胞的免疫教育

天花现虽已被根除,但意外或故意释放的威胁并未解除,其致病机理尚不清晰,疫苗免疫后是否能抵御再感染风险未知。且现有的天花疫苗具有不可接受的副作用和其他并发症,因此迫切需要新的疫苗。人类VARV感染的替代动物模型,包括小鼠的牛痘病毒(VACV)和痘病毒(ECTV)感染,猕猴的猴痘病毒(MPXV)感染,已被用于对痘病毒的免疫反应研究。鼠痘是由一种天然的小鼠病原体ECTV引起的,可以说是最好的替代小动物模型,因为它与人类天花在病毒生物学、病理学和临床特征的许多方面具有共同特征。从原发性ECTV感染中恢复的要求已经被很好的阐释,包括I型和II型干扰素、自然杀伤细胞、CD4T细胞、CD8T细胞效应功能和抗体。从疫苗的角度来看,也必须确定从继发感染中恢复的要求。通过研究宿主对继发性ECTV感染的免疫参数,并确定干扰素和CD8T细胞效应功能不是必需的;然而,T细胞和B细胞的相互作用和抗体对于从再次感染中恢复是绝对关键的。抗体在再次感染中的中心作用也已被确定。这些发现具有重要的临床意义,并将极大地帮助天花治疗干预措施和新疫苗的设计。

mRNA疫苗制备方法的优化及验证

目的筛选获得高效的mRNA疫苗制备方法,为mRNA疫苗研发提供参考。方法本研究使用了A、B、C三种不同的mRNA疫苗体外合成方法,比较筛选出最优方法并在小鼠体内进行了效果验证。结果3种方式合成的mRNA凝胶电泳条带清晰、完整,紫外分光光度法测定mRNA OD_(260nm)/OD_(280nm)均在1.9~2.0的范围之内,纯度较好。其中,C方法转录后mRNA的浓度最高且体外转录的eGFP mRNA转染细胞后,其表达量更高,持续时间更长。动物体内活体成像也表明,C方法转录的萤火虫荧光素酶(firefly luciferase,Fluc)mRNA经脂质纳米颗粒递送可在动物体内高效表达,并且经该方法合成的登革病毒mRNA疫苗接种小鼠21 d后可产生体液免疫。结论通过对比筛选出的C方法为mRNA疫苗制备的最佳方法,可用于后续各类mRNA疫苗研发。

氢气菌群制剂对急性缺氧大鼠的抗氧化效应

目的探讨氢气菌群制剂对急性缺氧大鼠的抗氧化效应。方法将健康雄性40只SD大鼠随机分为平原生理盐水(NS)组,高原生理盐水(HS)组,高原氢气菌群制剂低(HL)、中(HM)、高剂量(HH)组(10、20、40mg/kg),每组8只。NS组和HS组大鼠经灌胃给予生理盐水2ml,其余大鼠在模拟海拔5000m等量灌胃给药,每天1次,共给药3d。测定各组大鼠血浆中肿瘤坏死因子α(TNF-α)的含量,肝、肺、心肌组织中丙二醛(MDA)、过氧化氢酶(CAT)、超氧化物歧化酶(SOD)、谷胱甘肽(GSH)的含量。结果与HS组比较,HL组大鼠血浆TNF-α含量明显降低(P<0.01),肺、心肌组织中的MDA含量明显降低(P<0.05),肺组织CAT含量及心肌组织SOD含量明显增加(P<0.01或P<0.05),肝脏、心肌组织的GSH含量明显增加(P<0.05);HM组大鼠肺、心肌组织的MDA含量明显降低(P<0.01或P<0.05),肺组织CAT含量明显增加(P<0.01),肺、心肌组织的SOD含量明显增加(P<0.01),肝、肺和心肌组织的GSH含量明显增加(P<0.01或P<0.05);HH组大鼠心肌组织的MDA含量明显降低(P<0.05),肺组织CAT、SOD含量明显增加(P<0.01),肝、肺和心肌组织的GSH含量明显增加(P<0.01)。结论氢气菌群制剂对缺氧大鼠的心肺损伤有一定保护作用。

创新细菌疫苗的研究进展及挑战

细菌疫苗仍然是公共卫生防疫不可或缺的重要科学手段。近年来,医学、生物学、材料学等学科前沿领域的快速发展,不断推动已上市细菌疫苗品种升级优化,以满足人们日益增长的健康需求。与此同时,原创细菌疫苗在异常艰难的探索中取得诸多重大突破,以应对日趋严峻的超级耐药细菌。细菌比病毒颗粒大数10倍,且以独立生命体生存,基因组庞大,可形成芽孢、L形变异体、鞭毛、荚膜等特殊结构,其复杂的构造及高度的进化及繁衍能力,给细菌疫苗研制带来巨大挑战。前沿科学的不断突破与交叉融合,为解决上述挑战带来新的希望。本文对近年来创新细菌疫苗研发取得的突破和面临的挑战作一简要综述。

新型冠状病毒疫苗研发进展与挑战

新型冠状病毒(2019-nCoV)感染暴发流行对全球公众健康构成了严重威胁,疫苗接种是有效预防病毒感染流行的手段。2019-nCoV与急性呼吸综合征冠状病毒(SARS-CoV)和中东呼吸综合征冠状病毒(MERS-CoV)同属于β-冠状病毒。基于对SARS-CoV和MERS-CoV的了解,科学家对2019-nCoV病毒特征的研究、候选抗原及表位的鉴定、动物模型的建立、免疫应答的检测,疫苗的设计等工作取得了快速进展。新型冠状病毒疫苗(新冠疫苗)的研发也取得了快速进展,新冠疫苗类型几乎涵盖了目前疫苗研究的所有形式,包括灭活疫苗、重组蛋白疫苗、病毒载体疫苗、核酸疫苗(mRNA疫苗与DNA疫苗)等。至2020年3月,已有2项新冠疫苗进入了Ⅰ期临床试验,分别为我国军事医学科学院联合天津康希诺生物股份公司研发的基于腺病毒载体的重组新冠疫苗和美国Moderna公司的mRNA疫苗,两种疫苗均以2019-nCoV的刺突蛋白为抗原靶标。同时,新冠疫苗研发仍面临着许多未知的挑战,如2019-nCoV病毒抗原特征、抗原变异、机体的保护性免疫应答特征以及对老年及基础病人群是否具有保护,新冠疫苗量产的生产工艺等方面仍需要更多的研究。疫苗研发具有其固有规律,在加快速度的同时,保证疫苗的安全性、有效性是必须的前提。