创新多表位疫苗设计：对抗霍乱弧菌的新希望

《Scientific Reports》：Design of a multi-epitope vaccine candidate against Vibrio cholerae

霍乱由霍乱弧菌（Vibrio cholerae）引起，危害严重。研究人员开展了针对霍乱弧菌的多表位疫苗设计研究。通过分析霍乱弧菌基因组，确定了两个最佳抗原并设计出疫苗。该疫苗经多项评估效果良好，为霍乱防治提供了新方向。

　　霍乱，这个名字听起来或许有些陌生，但它却曾在历史上多次掀起腥风血雨。作为一种由霍乱弧菌（Vibrio cholerae）引起的急性、高度传染性腹泻疾病，霍乱通常通过受污染的水或食物传播。一旦感染，若未及时治疗，患者会迅速出现严重脱水症状，甚至面临死亡威胁。据估算，全球每年有 130 万 - 400 万例霍乱病例，2.1 万 - 14.3 万人因此丧生。

在新冠疫情的大背景下，疫苗的重要性愈发凸显，研发针对各种疾病的有效疫苗迫在眉睫，霍乱疫苗的研发便是其中关键一环。然而，传统疫苗设计过程漫长且成本高昂，让许多科研团队望而却步。不过，随着生物信息学和免疫信息学的飞速发展，新的计算方法为疫苗研发带来了曙光。

来自伊朗多所高校的研究人员组成科研团队，踏上了攻克霍乱疫苗难题的征程。他们的目标明确：利用计算方法设计出一种针对霍乱弧菌的多表位疫苗（multi-epitope vaccine），为全球霍乱防治贡献力量。最终，他们成功设计出了一种多表位疫苗，且该疫苗在多项评估中表现出色，展现出了潜在的有效性。这一成果发表在《Scientific Reports》上，为霍乱防治领域注入了新的活力。

为了开展这项研究，研究人员运用了多种关键技术方法。首先，他们从 NCBI 下载霍乱弧菌 O1 菌株的基因组，利用 ORF finder 工具识别开放阅读框（Open Reading Frames，ORFs），确定潜在抗原。接着，借助 Psort 服务器预测蛋白质的亚细胞定位，筛选出位于 “外膜” 或 “细胞外” 的蛋白质。之后，使用 Vaxijen 服务器评估抗原的免疫原性，并通过 Allertop 服务器和 ToxinPred 服务器分别检测抗原的致敏性和毒性。最后，运用 IEDB 网站预测 B 细胞、MHC I 和 MHC II 的表位。

研究结果如下：

1. 新型抗原发现：研究人员对霍乱弧菌基因组分析后，通过一系列计算筛选，从 19,155 个开放阅读框中确定了 1 个细胞外抗原和 1 个外膜抗原为最佳候选抗原，分别是鞭毛蛋白（Flagellin）和辅助定植因子 AcfA（Accessory Colonization Factor AcfA）。
2. 表位选择：利用 IEDB 网站预测并筛选出具有高抗原性、无毒且无致敏性的 B 细胞、MHC I 和 MHC II 表位，用于疫苗构建。
3. 疫苗构建：将选定的表位与连接子、佐剂组合，构建出最终的疫苗结构。该疫苗结构无致敏性和毒性区域，免疫原性评分为 0.8816。
4. 疫苗评估
   • 人群覆盖率：对不同地区人群的覆盖率分析显示，该疫苗在全球范围内具有较高的人群覆盖率，如在英国可达 99.71%，在全球范围为 97.40%。
   • 理化特性：ProtParam 服务器预测结果表明，疫苗的半衰期长，分子质量为 48,161.14，脂肪族指数为 71.28，不稳定指数为 19.58 等，具备良好的理化性质。
   • 二级结构分析：SIMPA96 服务器预测显示，疫苗的二级结构中 α - 螺旋（Alpha helix）占 27.53%，随机卷曲（Random coil）占 55.29% 等。
   • 三级结构和 Ramachandran 图分析：trRosetta 服务器预测疫苗的三级结构，ERRAT 评分为 96.7337，Ramachandran 图显示 91.4% 的残基位于最有利区域，表明结构质量良好。
   • 二硫键工程分析：DbD2 服务器分析确定了疫苗构建体中能够形成二硫键的残基对。
   • 不连续 B 细胞表位预测：通过 IEDB 服务器的 ElliPro 工具预测出疫苗结构上的不连续表位及其得分。
   • 对接分析：疫苗与 TLR3 对接结果显示，二者具有较强的结合亲和力，结合自由能为 - 100.78 ± 12.17 kcal/mol。
   • 分子动力学模拟：模拟结果表明，疫苗 - TLR3 复合物在 80 ns 后达到稳定状态，且疫苗具有较好的稳定性和柔性。
   • 密码子优化和电子克隆：优化后的疫苗序列在人源宿主细胞中的密码子适应指数（CAI）为 0.83，GC 含量为 55%，显示出在大肠杆菌中高表达的潜力。
   • 免疫反应模拟：C - ImmSim 服务器模拟结果显示，接种三剂疫苗后能够激活免疫反应。
   
   

在讨论和结论部分，研究人员指出，霍乱弧菌是全球健康的重大威胁，开发有效的疫苗至关重要。他们所确定的两个抗原具有良好的免疫原性、无毒性、无致敏性且与人类或小鼠蛋白无同源性，是潜在的疫苗开发候选抗原。此次设计的多表位疫苗经过多种计算测试评估，展现出良好的性能和较高的人群覆盖率，为后续的疫苗开发和研究提供了重要的理论依据和实践基础，有望在未来霍乱防治中发挥关键作用。