新的电子显微镜技术可以缩短疫苗和抗体疗法的开发

斯克里普斯研究所的科学家们设计了一种方法，可能能够缩短现代疫苗开发的一大步。

研究人员的工作发表在2022年1月19日的《科学进展》杂志上，他们表明，他们可以使用高分辨率、低温电子显微镜(cro - em)来快速表征由疫苗或感染引起的抗体，这些抗体在原子水平上与病毒上的理想目标结合。

该研究的资深作者、斯克里普斯研究所综合结构和计算生物学系教授安德鲁·沃德博士说:“COVID-19大流行突出了对强大和快速疫苗和抗病毒技术的需求。“我们乐观地认为，我们的新方法将大大简化抗体的发现，有助于满足这一需求。”

“传统上，识别对病毒有用的抗体需要费力地对产生抗体的B细胞进行分类和测试，以找到正确的抗体，这一过程需要几个月的时间，”博士后研究助理和该研究的共同第一作者Aleksandar Antanasijevic博士说。

“有了这种新方法，我们可以在大约十天内从感染或免疫患者的血液样本收集到识别所有感兴趣的抗体，”工作人员科学家和研究的共同第一作者Charles Bowman补充说。

研究人员的成就在一定程度上得益于低温电子显微镜技术的最新改进，这种技术使用一束电子束照亮和成像远低于普通光学显微镜的目标。例如，在8月份发表在《自然通讯》(Nature Communications)上的一项研究中，研究人员使用高分辨率低温电镜(cro - em)快速准确地绘制出恒河猴体内抗体与合成的HIV包膜蛋白结合的位置，这些合成的HIV包膜蛋白正在开发用于潜在的HIV疫苗。

在这项新研究中，该团队将这一研究方向进一步推进。他们使用了一种“结构到序列”的计算机算法，可以将冷冻电镜确定的抗体结构与产生该结构的DNA序列联系起来。为此，他们从猴子身上收集了所有编码抗体的DNA序列，这些DNA序列是通过对动物淋巴结中产生抗体的b细胞的遗传物质进行快速批量测序获得的。将该算法应用于cryo-EM数据和抗体序列库，科学家可以可靠地将他们的cryo-EM图像中感兴趣的抗体与序列数据库中定义的唯一抗体进行匹配。

研究人员表示，他们可以通过使用序列数据复制这种独特的“单克隆”抗体，并通过冷冻电镜验证抗体以与原始成像抗体相同的方式结合，从而确认结果的准确性。

科学家们现在正在改进他们的技术，以优化其速度和可用性，并将其应用于几个领域:快速评估人体抗体对实验性艾滋病毒疫苗的反应;开发针对自身免疫性疾病的抗体阻断疗法，并发现能够在治疗上击中细胞上其他蛋白质目标的抗体。

他们预计，未来低温电镜技术和结构到序列算法的改进将允许仅使用高分辨率结构图像就能更快地识别抗体，而不需要对B细胞进行DNA测序。

安塔那asijevic说:“这种从结构到序列的方法在免疫学和其他领域有很大的潜力。”“我们设想有一天能够使用它来研究蛋白质与蛋白质的相互作用，例如，发现特定蛋白质的结合伙伴。”