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浙江大学联合使用基因工程和生物矿化发展出可常温保存的热稳定疫苗

作者:   发表时间:2013-05-16   来源:浙江大学

  浙江大学唐睿康课题组在常温疫苗研究领域取得了新进展,他们和军事医学院科学院秦成峰课题组合作通过联合使用基因工程和生物矿化技术获得了具有可遗传特征的热稳定疫苗,该疫苗可生理条件下自发矿化出无机外壳来提高自身的热稳定性,改造的溶液疫苗在常温环境中可以有效保存一周以上。4月15日,该工作在线发表在《美国科学院院刊》 (Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America)上(Guangchuan Wang et al, Rational design of thermostable vaccines by engineered peptide-induced virus self-biomineralization under physiological conditions)。PNAS网站把该研究列为“热点文章”,以《为发展中国家设计的耐热疫苗》为题进行了报道。

  疫苗是人类发展出的对抗传染性疾病的重要手段。然而绝大多数疫苗对热十分敏感,不能在高温下保存,必须依赖冷链系统在低温条件下保持活性。据统计,冷链的建设和维持费用占疫苗项目全部费用的80%左右而且这一系统并不总是可靠的,即便在发达国家如美国大约有17-37%疫苗在运输和保存过程都不能处于严格的冷链条件下。缺乏可靠的制冷基础设施的情况在发展中地区和贫困地区中尤其突出,直接导致相当数量的疫苗失活并每年夺去上千万人的生命,而在这些地区一半以上的死亡是本可以依靠疫苗进行预防的。因此在2003年《科学》杂志发布全球健康卫生领域面临的14大挑战中,来自13个国家的20名科学家和公共卫生专家共同参与的调研结果将“制备不需冷藏的疫苗”位列第2。改善疫苗的热稳定性被视为提升全球健康状况的关键。

  唐睿康研究团队和秦成峰研究团队在提高疫苗的热稳定性方面开展了密切合作。受自然界鸡蛋壳保护功能的启发,他们通过生物矿化构建为疫苗构建“类蛋壳”外壳,首先通过日本脑炎疫苗(JEV)的仿生改造提升了疫苗的热稳定性,实现了“能够放在衣服口袋里的液体疫苗”这一重要目标。但如何将矿化外壳赋予更多的疫苗是该团队所面临的新挑战。最近,他们通过基因技术将具有诱导无机物矿化功能的多肽成功地整合到肠道病毒EV71的表面。“通过研究,我们找到了有效的位点,将仿生核肽(biomimetic nucleating peptides)整合到疫苗的衣壳上,这样,疫苗就能自主地将磷酸钙引入到疫苗表面,获得一个矿化表壳。”唐睿康说,这种矿化外壳令疫苗产生了很好的热稳定性,能在26℃下储存超过9天,在37℃下能保存约1周的时间。通过体内体外实验证明,这种工程疫苗依然能有效地产生预防疾病的作用。在此之前,科学家希望在疫苗中引入抗热基因,但是收效甚微。他们则通过疫苗“自学”矿化的策略通过自己“穿”上“外衣十分巧妙地达到了提升热稳定性的目的。由于大部分疫苗的蛋白序序列和三维结构已被解析,类似的基因工程策略可以广泛地应用于现有疫苗的改造,特别有利于规模化生产和质量控制。

  该课题的第一作者是浙江大学博士生王广川同学,2010年他从生物系转入到化学系开展跨学科研究,在唐睿康教授和秦成峰研究员的指导下将生物矿化发展为疫苗改进的技术手段,解决一系列基础科学问题并取得了卓有成效的成绩,前期成果先后发表在ChemBioChem和Angew. Chem. Int. Ed.上。这些工作得到了国家自然科学基金重大研究计划培育项目(项目批准号:91127003)和青年基金(项目批准号21201150)和国家“973计划”的资助,中国科学院上海巴斯德研究所亦参与部分工作。

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