打开细胞膜，可以将蛋白质疫苗的产量提高五倍！

研究人员发现，用细胞膜富集无细胞疫苗提取物可以将蛋白质疫苗的产量提高五倍，这大大拓宽了可能挽救生命的药物的获取途径。

　　

 

   

图片:有了新的iVAX生物制造平台，医疗保健专业人员可以简单地将水添加到含有冻干疫苗成分的试管中。

美国西北大学(Northwestern University)的合成生物学家发现了一种新方法，通过打开细胞膜，可以将蛋白质疫苗的产量提高五倍，这大大拓宽了可能挽救生命的药物的供应渠道。

今年2月，研究人员推出了一种新的生物制造平台，可以在护理点快速制造出耐储存的疫苗，确保它们不会因运输或储存失误而被浪费。在其新研究中，该团队发现，用细胞膜(制造结合疫苗所需的成分)富集无细胞提取物，极大地提高了冻干平台的产量。

这项工作为快速生产抗抗生素细菌和新病毒药物奠定了基础，这些药物的剂量为每天每升4万剂，每剂成本约为1美元。按照这个速度，研究小组可以使用一个1000升的反应堆(大约一个花园垃圾袋的大小)每天产生4000万剂量，在不到一个月的时间内达到10亿剂量。

西北大学的Michael Jewett领导了这项研究，他说:“当然，在COVID-19爆发的时候，我们都意识到能够在我们需要的时间和地点制造药品是多么重要。”“这项工作将改变疫苗的制造方式，包括生物准备和大流行应对。”

这项研究将于4月21日发表在《自然通讯》杂志上。

朱伊特是西北大学麦考密克工程学院的化学和生物工程教授，也是西北大学合成生物学中心的主任。朱伊特实验室的两名研究生贾斯敏·赫什韦(Jasmine Hershewe)和凯瑟琳·沃费尔(Katherine Warfel)是这篇论文的共同第一作者。

这种新的制造平台被称为体外结合疫苗表达(iVAX)，它是通过无细胞合成生物学实现的。在这一过程中，研究人员去除细胞的外壁(或膜)，并重新利用其内部机制。然后，研究人员将这台重新设计的机器放入一个试管中并冷冻干燥。加水会引发化学反应，激活无细胞系统，将其转化为催化剂，在需要的时候和地点制造有用的药物。该平台可以在6个月或更长的时间内保持货架稳定，无需复杂的供应链和极端制冷，使其成为远程或低资源设置的强大工具。

在之前的一项研究中，Jewett的团队使用iVAX平台生产了结合疫苗来预防细菌感染。当时，他们利用大肠杆菌的分子机器在一小时内生产一剂疫苗，每剂成本约为5美元。

Jewett说:“玉米价格仍然太高，产量也不够高。”“我们设定了每剂1美元的目标，并且在这里实现了这个目标。通过提高产量和降低成本，我们认为我们可能能够促进更多人获得挽救生命的药物。”

朱伊特和他的团队发现，实现这一目标的关键在于细胞膜，而在无细胞合成生物学中，细胞膜通常被丢弃。当细胞膜破裂后，会自然地重新组装成囊泡，这是一种携带重要分子信息的球形结构。研究人员描述了这些囊泡的特征，并发现增加囊泡浓度可以用于制造蛋白质治疗的成分，如结合疫苗，其工作原理是将一个糖单位(病原体所特有的)附加到蛋白质载体上。通过学习将这种蛋白质识别为外来物质，身体知道当再次遇到它时如何发动免疫反应来攻击它。

然而，将这种糖附着在蛋白质载体上是一个困难而复杂的过程。研究人员发现，细胞膜含有一种机制，使糖更容易附着在蛋白质上。通过用这种膜结合机制富集疫苗提取物，研究人员显著提高了可用疫苗剂量的产量。

“对于各种生物体来说，近30%的基因组被用于编码膜蛋白，”该研究的合著者Neha Kamat说，他是麦考密克生物医学工程的助理教授，也是细胞膜专家。“膜蛋白是生命中非常重要的一部分。通过学习如何有效地使用膜蛋白，我们可以真正推进无细胞系统。”

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Improving cell-free glycoprotein synthesis by characterizing and enriching native membrane vesicles