科學界的“金鵝獎”,這個新冠病毒“萌面殺手”有點東西
伊索寓言中,一隻每天會下金蛋、但看起來平平無奇的鵝被急於求財的農夫殺死了。源於這個故事,科學界設立了一項“金鵝獎”(Golden Goose Award),專門表彰一些起初看似無聊、但日後會為人類帶來巨大利益的基礎研究,旨在促使政府和公眾“不要殺死這些會下金蛋的鵝”。
這個獎項由包括美國科學促進會(AAAS)在內的幾家組織聯合設立,從2012年開始頒發,歷史雖然還不長,獲獎者取得的研究成果令人矚目,產生了重大的社會影響。例如,首屆金鵝獎獲得者有錢永健、下村脩和Martin Chalfie——他們在水母中找到了會發出熒光的蛋白,這項成就還被授予諾貝爾化學獎。
2020年,新冠疫情席捲全球,兩位科學家因為嘗試尋找抗體對付新冠病毒而獲得了金鵝獎的表彰,這或許並不令人意外。然而有意思的是,他們找到的新冠抗體有點特別,其來源出乎很多人的意料:一頭大羊駝(Ilama)。
大羊駝,以及羊駝、駱駝,屬於駝科動物。1980年代末,比利時的科學家偶然發現,駝科動物能產生的抗體有兩種類型:一種與我們人體產生的抗體差不多,另一種則結構更簡單,體積只有普通抗體的1/4大小,被稱為納米抗體。
由於尺寸更小,納米抗體可以鑽入病毒蛋白的縫隙,結合在普通抗體“擠”不進去的位點,從而有效阻止病毒感染細胞。納米抗體還具有更穩定、易於操作的優點,因此可以和其他抗體相連,提高中和能力。此外,納米抗體在霧化後,可以直接吸入肺部,很適合用來對付感染呼吸道的病毒,比如新冠病毒。
在新冠疫情之前,德克薩斯大學奧斯汀分校(UT Austin)的Jason McLellan教授和博士生Daniel Wrapp正在研究另兩種冠狀病毒——SARS和MERS。他們與比利時的研究團隊合作,利用大羊駝產生相應的納米抗體。
2020年1月,當新冠病毒開始進入人們視野,兩位科學家迅速想到,鑑於新冠病毒與SARS在基因序列和關鍵蛋白上的相似性,大羊駝體內產生的納米抗體或許也可以用來中和新冠病毒。這一想法很快得到了實驗驗證,5月,他們的研究結果在頂尖學術期刊《細胞》上發表。
不過,大羊駝“冬天“在這項研究中給科學家們留下了一個沒有解決的難題。“我們希望在’冬天’體內誘導出一種可以中和所有冠狀病毒的強效抗體,也許我們已經誘導出來了,但是我們沒能將其分離出來。” McLellan教授說。
分離微小的納米抗體非常困難,因為大羊駝體內會產生大量的納米抗體,而其中只有一小部分專門針對特定病毒的特定部位。
令人興奮的是,沒過多久匹茲堡大學時毅教授領銜的研究團隊帶來了一種技術,可以解決這個難題。他們的研究結果發表在《科學》雜誌上。
他們的實驗也是從一隻大羊駝開始。當大羊駝的免疫系統造出了一批成熟的納米抗體後,利用基於質譜的方法,該論文的第一作者向宇菲對大羊駝血液裡的納米抗體進行了鑑定和定量分析,從中找出了與新冠病毒結合最緊密的納米抗體——每毫升只需不到1納克的抗體,就可以中和足以感染數百萬細胞的病毒!
“我們開發的技術以前所未有的規模對新冠中和納米抗體進行了檢驗,也讓我們快速找到了數千種具有無可匹敵的親和力與特異性的納米抗體。”時毅教授說,“這些納米抗體是否可以作為新冠療法還不確定,但用於分離它們的技術在未來將發揮重要的作用。”
不久前,當新冠病毒的不斷變異引起人們的憂慮時,大羊駝帶著它們的抗新冠抗體第三次登上了頂尖學術期刊!德國波恩大學領銜的一支跨國合作團隊帶來的複合型納米抗體,不但可以阻止新冠病毒進入人體細胞,還能防止病毒出現所謂的“逃逸突變”,即通過變異避免被免疫系統識別。
這支研究團隊利用X射線晶體學和低溫冷凍電鏡技術,確定了幾種納米抗體與新冠病毒相互作用的方式。隨後,利用納米抗體結構簡單的優勢,把4個納米抗體“縫”在一起,讓這種複合抗體同時攻擊新冠病毒的不同位置,使中和活性提高了100倍以上,還讓病毒通過突變而逃脫的可能性大大降低。
這些來自大羊駝的納米抗體什麼時候會進入臨床,治療新冠患者,還需要時間和進一步的測試來驗證,我們拭目以待。
但正如這一屆金鵝獎在介紹大羊駝“冬天”時所說的,儘管很多人還沒有註意到大羊駝,但在人類尋找COVID-19有效療法的過程中,它們已經開始發揮舉足輕重的作用。