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用定制疫苗“智取”艾滋病毒

最近,英国杜克大学的研究人员设计的抗体和抗原,使得艾滋病疫苗研究人员向“智胜艾滋病”这个目标,更近了一步。  在1983年,HIV病毒被认定为艾滋病的原因。尽管几十年来人们对这种病毒的了解有一定进展,但是仍然没有研制出一种有效的疫苗。没有取得成功的部分原因在于,艾滋病毒具有一种不可思议的能力,它们能够逃避免疫系统。

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现在,包括杜克大学计算机科学家Bruce Donald和研究生Mark Hallen在内的一组研究人员,发表了其设计的一种蛋白质的3-D特写,如果给患者注射这种蛋白质,可以帮助免疫系统产生更好的抗体来对抗病毒,这是30年来HIV疫苗开发工作向前迈出的重要一步。


在美国Bethesda疫苗研究中心结构生物学家Peter Kwong的带领下,该小组将这项研究结果发表在六月二十二日的《Nature Structural & Molecular Biology》。


全世界有超过3500万人感染艾滋病病毒,每年约有200多万人感染艾滋病病毒。一旦有人被感染,抗逆转录病毒药物可以防止病毒在体内复制,但只有一种疫苗可以阻止病毒从一个人传播到另一个人。


疫苗通过触发免疫系统生产专门的蛋白质(称为抗体)而起作用,这会使身体准备好对抗外来物质。但是在艾滋病病毒的情况下,并不是所有的抗体都同样有效。一个原因是,艾滋病病毒在体内不断地发生变异。


HIV病毒将其遗传物质整合到宿主的DNA中,劫持细胞的复制机制,并迫使它复制更多的病毒拷贝。每一轮的复制都会产生小的遗传“错误”,从而导致略有不同的病毒副本,使宿主的抗体不能再加以识别。  即使在身体产生对抗某一病毒株的抗体之前,病毒也能再次变异,并产生一个新的病毒株。杜克大学化学和数学专业的毕业生Hallen说:“这是一场对抗移动靶标的比赛。”


在20世纪90年代初,研究人员发现,一小部分艾滋病病毒感染者能够产生同时防御许多不同病毒株的抗体。这些“广泛中和的抗体”固定在病毒表面,就像插在锁中的一把钥匙,防止病毒入侵其他细胞。


但是,HIV能够逃避这些强大抗体的探测,因为它的外壳(易受抗体的攻击),在不断变化着形状。  为了克服这个问题,研究人员首先需要深入研究感兴趣的区域——长钉状的病毒蛋白,被称为Env——在其最脆弱的状态下。


有了这个三维蓝图作为工具,Hallen和杜克大学博士毕业生Ivelin Georgiev开发出一种评分系统,并根据抗体如何结合该蛋白,评估了几十个抗体。他们证实,所确定的Env蛋白的特定构象,对有效抗体是可见的(而不是无效抗体)。


然后,该研究小组确定了使蛋白质定格在所需形状中的氨基酸序列变化。研究人员说,一旦被锁定在适当位置,该蛋白可以被注射到患者中,并用以诱导其免疫系统优先生产最有效的抗体。


Donald说:“这一想法是,‘约束’蛋白,这样它就不能过渡到一些其他构象并在有效抗体结合后引起无效抗体。”


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