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科研进展 | 张改平院士团队提出通用型疫苗设计策略并利用水稻开发出新城疫超级疫苗

时间:2024-01-22   访问量:1025
以COVID-19大流行为代表的重大、多发、高发、新发传染病的持续出现,给疫苗研发带来了巨大挑战。这突显了疫苗研发领域对于安全、高效、更低成本疫苗的迫切需求。近日,张改平院士团队在国际知名期刊PNAS在线发表了一篇题为“A universal design of restructured dimer antigens: development of a superior vaccine against the paramyxovirus in transgenic rice”的研究论文,为解决当前疫苗研发领域的难题提供了一项重要的突破性方案。

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“理想的疫苗”应该具有精确、微量、纯化、安全、高效的特点,不会对免疫系统造成负担,同时还应具备易于批量生产,易于储存运输,价格低廉的特征。为了实现这一目标,该研究提出通用的“头对尾”二聚体疫苗抗原模型。重组后的抗原显示了多对具有合适距离的表位,可以有效地激活B细胞。
以副粘病毒科新城疫病毒(NDV)的受体结合蛋白——血凝素神经氨酸酶蛋白(HN)为例,研究团队利用水稻胚乳表达系统成功制备了一种高效的重组抗原Osr2HN。研究结果显示,Osr2HN蛋白在水稻胚乳中正确表达,并且表达量高达3.7mg/g。晶体结构和小角X射线散射数据显示,重组后的Osr2HN蛋白形成了“蝴蝶状”的四聚体结构,具有完全暴露的受体结合域和中和表位。
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图1、Osr2HN的设计与表达
免疫评价和攻毒试验表明,这种抗原设计显著增强了亚单位疫苗的免疫反应,激发更高效价的抗体。与未改造的HN蛋白以及三种传统的商用全病毒疫苗相比,重组的Osr2HN蛋白有助于关键表位的暴露,并能启动更快、更强的免疫反应。仅需0.5μg(相当于一粒米的127分之一)的Osr2HN抗原进行两次免疫,或者用5μg的Osr2HN抗原进行一次免疫,鸡能完全抵抗病毒的致死性攻击。这种超低剂量的Osr2HN疫苗能有效地激活B细胞,并且显著降低疫苗接种的副作用,接种后动物的体重增长明显高于其他疫苗组,显示更高的经济价值。
这些研究结果表明,水稻源的Osr2HN疫苗在安全性、高效性、低剂量和价格方面都取得了显著进展,达到了现代技术条件下疫苗产品所追求的最高境界。
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图2、Osr2HN完全保护鸡免受病毒攻击
马凡舒博士和许倩茹博士为本文的共同第一作者。河南农业大学、北京大学、龙湖现代免疫实验室的张改平院士,清华大学的饶子和院士及河南农业大学的张二芹副教授为本文的共同通讯作者。本研究得到了河南省重大科技专项等项目的资助。
过去十余年,张改平院士团队一直致力于追求安全、高效、不浪费免疫潜力的“超级疫苗”,力争把疫苗做到现代科学技术条件下的最高境界。张改平院士表示“免疫潜力”的概念是指机体拥有巨大的免疫潜力,同时这种免疫潜力又是有限的。在正常情况下,机体生理能力是用于生长、抗逆、工作、学习和生产的。若过多用于免疫,会影响生产等能力,同时也因机体免疫系统承受压力过大而导致免疫保护效果欠佳。浪费免疫潜力的情况以往没有被高度重视。张改平院士认为,要在确保疫苗效果的同时尽量少使用免疫潜力,其根本是:“精确、微量、纯化、安全、高效”。精确即结构、位点、启动免疫反应的精确;微量即数个微克级,甚至是纳克级即可产生有效保护;纯化即尽可能地减少杂质;安全即实现真正的生物安全,无病原扩散;高效即占用动物极少的免疫潜力但能实现有效保护。
据悉,目前该疫苗已经于2023年8月与河南牧翔集团签约合作转让,此次转让实现了科技创新与产业发展的双向赋能,对于疫苗开发具有重大意义。
原文链接:https://doi.org/10.1073/pnas.2305745121











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