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为解决口蹄疫病毒（FMDV）疫苗研发难题，研究人员设计七价多表位疫苗，获良好计算机模拟结果。
口蹄疫，对于养殖行业来说，就像是一场可怕的噩梦。口蹄疫病毒（Foot-and-mouth disease virus，FMDV）能感染各种偶蹄类动物，虽然在成年动物中致死率不高，但在幼崽中却有着极高的死亡率，还会导致大量动物流产。而且，这种病毒传播速度极快，动物之间很容易相互传染，每年给流行国家造成的经济损失高达 80 - 220 亿美元，严重威胁着全球畜牧业的发展。
多年来，科研人员一直致力于研发有效的 FMDV 疫苗，可都未能成功诱导出无菌且稳固的免疫力。这主要是因为 FMDV 存在多种血清型和谱系，基因组变异频繁，有着准种特性，导致每年都有新的变异体出现，很难研制出能针对所有已知血清型的通用疫苗。目前常用的灭活病毒血清型疫苗也存在诸多问题，比如生产成本高，还存在病毒灭活不彻底或泄漏的风险。
在这样的背景下，来自埃及多个研究机构（包括开罗大学、动物健康研究所等）的研究人员，利用免疫信息学方法，开展了针对埃及流行的 FMDV 毒株的七价多表位疫苗（Multi-epitope vaccine，MEV）设计与评估的研究。该研究成果发表在《BMC Veterinary Research》上，为 FMDV 疫苗的研发开辟了新的道路。
研究人员开展此项研究用到的主要关键技术方法包括：首先从国家生物技术信息中心（NCBI）蛋白质数据库检索 FMDV 血清型 A、O 和 SAT2 的完整蛋白质组，获取结构蛋白序列用于后续分析；利用多种生物信息学工具预测细胞毒性 T 淋巴细胞（Cytotoxic T Lymphocytes，CTL）、辅助性 T 淋巴细胞（Helper T Lymphocytes，HTL）和 B 细胞的表位；通过特定服务器对预测的表位进行过敏原性、毒性、抗原性和保守性分析；使用相关工具构建 MEV 并对其进行结构建模、优化和验证；运用分子对接和分子动力学模拟研究 MEV 与牛 toll 样受体（Toll-like receptor，TLR）2 和 4 的相互作用；最后进行 MEV 的密码子优化和计算机模拟克隆。
研究结果如下：
- 菌株选择和表位预测：从 NCBI 数据库检索到代表埃及流行 FMDV 菌株的蛋白质序列，经过筛选，预测出与 B 细胞和 T 细胞等位基因有高结合亲和力、高保守性（>80%）和高抗原性的表位。其中，CTL 预测表位筛选出 15 个不同等位基因与 16 个不同表位有高结合亲和力；HTL 预测表位大多位于 VP1 蛋白；B 细胞预测表位经筛选仅 4 个有前景，且 1 个来自 SAT2 VP3 蛋白的肽在三种血清型中保守。
- MEV 结构建模、优化和验证：构建的 MEV 包含 17 个 MHC-I 表位、11 个 MHC-II 表位和 4 个 B 细胞表位，通过特定连接子连接，并添加佐剂和 6X his 标签。最终 MEV 的分子量为 75.49KDa，理论等电点为 9.4，不稳定指数为 27.5，表明其稳定且亲水可溶。经结构建模、优化和验证，所选模型 ERRAT 评分为 92.7，Ramachandran 图显示多数残基处于有利区域，证明 MEV 具有抗原性，且无过敏原性、毒性等问题。
- 不连续 B 细胞表位预测：共预测出 359 个参与不连续 B 细胞表位的残基，长度在 9 - 147 个残基之间，其中 37 个残基的结合得分最高，为 0.972。
- TLR - 4 和 TLR - 2 结构预测：利用同源建模预测牛 TLR - 4 和 TLR - 2 的三级结构，经优化后，TLR - 4 和 TLR - 2 的质量因子分别为 88.3 和 91.6，Ramachandran 图显示模型可靠。
- 分子对接分析：分子对接结果表明，MEV 与 TLR - 4 形成 62 个键（含 10 个盐桥和 26 个氢键），与 TLR - 2 形成 60 个键（含 6 个盐桥和 23 个氢键）。结合亲和力分析显示，MEV - TLR - 4 的 ΔG 值为 - 22，Kd为 2.8e - 16；MEV - TLR - 2 的 ΔG 值为 - 17.8，Kd为 3e - 13，表明所选模型在能量上可行。
- 分子动力学模拟：模拟结果显示，TLR - 4 与 MEV 的复合物在模拟后期更稳定，TLR - 4 的 RMSD 值在 40 - 100ns 低于 TLR - 2。TLR - 4 与疫苗形成的氢键数量（29.64 ± 9.00）明显多于 TLR - 2（15.01 ± 3.50）。MMGBSA 分析表明，TLR4 - MEV 复合物的总结合能（ - 226.51kcal/mol）强于 TLR2 - MEV 复合物（ - 177.09kcal/mol）。
- 计算机模拟分子克隆：MEV 的蛋白质序列经反向翻译和密码子优化后，与 pET - 30a（+）载体连接，密码子优化指数为 0.91，GC 百分比为 59.94%，表明优化效果良好。
研究结论和讨论部分指出，本研究利用免疫信息学设计的 FMDV 多表位疫苗，包含能诱导细胞免疫和体液免疫的 B 细胞和 T 细胞表位，可针对多种 FMDV 血清型和菌株提供保护。虽然计算机模拟结果显示该疫苗前景良好，但仍需进行实验评估以确认其有效性。此研究为 FMDV 疫苗的研发提供了新的思路和方法，有助于推动 FMDV 疫苗产业的发展，提高对 FMDV 的防控能力。同时，研究也存在一定局限性，如预测工具对常见 BoLA 等位基因的匹配有限，FMDV 基因组变异影响表位选择等，但这也为后续研究指明了方向。
