似乎每年都有另一个病毒肆虐非洲、亚洲甚至美洲的故事。每当埃博拉病毒再次爆发或流感病毒以令人惊讶的方式变异时，有关全球大流行防范的讨论就会重新燃起。边界是封闭的。航班和游轮被取消。新闻媒体充斥着隔离帐篷和穿着太空服的医护人员的照片。
令人恐惧的事实是，我们对下一次全球大流行毫无准备——疫苗的研发、有效性测试和批准用于人类需要数年时间。即使是治疗性抗体，通常比疫苗有更宽松的监管措施，也可能需要数年时间来开发和实施。我们迫切需要一个更好、更快的解决方案，以确保下一次大流行发生时(它将会发生)对人类生活和社会的影响是有限的。
范德比尔特疫苗中心(VVC)由James Crowe博士领导，他是治疗和预防传染病单克隆抗体开发的全球领导者，该中心正迎头应对这一挑战，竞相大幅减少识别和评估高效力抗体所需的时间。他们的方法依赖于生物信息学和合成生物学技术，也将解决大规模基于抗体治疗的最大障碍之一:传递。不需要静脉注射抗体，编码所需抗体蛋白的信使RNA将被传递给患者，将他们的细胞转化为抗体工厂。
Crowe实验室的团队计划在60天内实现这一切。
一起工作，快速工作
这项任务可能看起来很大胆，但VVC并不是唯一这样做的公司。他们与圣路易斯华盛顿大学的研究人员合作,雷根研究所MGH正是从麻省理工学院和哈佛大学在波士顿、西雅图传染病研究所和波士顿贝斯以色列女执事医疗中心选择抗体,测试他们的抗病毒特性,并优化和测试RNA交付和体内蛋白质表达。
所有这些都是通过与DARPA签署一项为期五年、价值高达2800万美元的合作协议实现的。该计划的官方名称为大流行预防计划(P3)，其核心是速度:VVC研究人员和他们的合作者有四次机会——可以说是科学上的“冲刺”——生产治疗性抗体，一线医护人员只需60天就能获得这些抗体。他们的第一次冲刺是在1月中旬，目标是一个熟悉的敌人:寨卡病毒。六周后，VVC团队比计划提前了近两周。
那么，他们是怎么做到的呢?
从供体到患者:如何识别和产生有效的治疗抗体
这一切都从捐献者开始——为了产生大量高效的抗体，你首先需要确定你想产生的抗体。最好的方法是什么?找到那些在你希望治疗的疾病中幸存下来的人，收集他们的抗体表达记忆b细胞。范德比尔特大学医学院(Vanderbilt University School of Medicine)儿科学副教授、美国国防部高级研究计划局(VVC Darpa) sprint团队负责人罗伯特•卡纳汉(Robert Carnahan)表示，这并不引人注目，但却是整个过程中至关重要的一部分，而且常常被忽视。
他表示:“我们有两名全职人员，他们的工作就是在全球范围内寻找捐赠者。”对于一些高死亡率的疾病，如埃博拉，这说起来容易做起来难。在寨卡P3项目中，所有捐赠者都来自美国，他们在前往病毒首次被发现的中美洲或南美洲时感染了寨卡病毒。
一名VVC团队成员准备纯化抗体蛋白，并将其发送给合作者进行功能分析。图像来源:罗伯特卡纳汉。
一旦收集了供体血清并分离出目标b细胞，它们就进入一个10倍单细胞乳液装置(10x Genomics公司出售)，该装置封装了单个b细胞，并将抗体的重链和轻链序列物理配对成一个单一的、可测序的DNA分子。卡纳汉说，这一点很重要，因为抗原靶向区域位于重链和轻链结合的特定位置。
“如果你只是在做下一代b细胞测序，你可以得到整个重链序列池，也可以得到整个轻链序列池，但你不知道哪个与哪个相匹配。你可以进行混合和匹配，但这不太可能重现在供体中选择的最初的、优秀的抗体，”他解释道。
这个过程可以产生数百或数千种抗体，因此团队必须仔细选择要跟踪的候选抗体。一个专门的生物信息学团队通过抗体家族和血统进行搜索，可能从每个独特的家族中选择一个抗体，或者从一个家族的多个代表中选择一个。然后，将抗体序列发送到Twist Bioscience公司进行快速基因合成和克隆。
Carnahan说，对于寨卡P3项目，“Twist能够从头合成700个抗体序列，将它们克隆成质粒，进行质量控制，并在9天内将它们运回给我们，这非常惊人。”
在9个工作日内，第一批@VUMC_Vaccines基因已经准备好发货。很难相信这么小的事情就能成为大流行准备工作的核心部分。我们很荣幸能参与其中。”来源:扭转生物科学
然后，该团队表达质粒，并使用xCelligence平台，筛选抗体，以了解它们在细胞培养中识别病毒和抑制病毒感染过程的能力。这项研究和其他分析，最终将候选抗体库从数百种增加到少数几种。然后这些被提纯，送到华盛顿大学和拉贡研究所的合作者那里，以确定哪些是被选中的少数几个中最有效的。
卡纳汉说:“在那个时候，这是一个重大的决定。“我们的命运将由我们在那一刻的选择决定。卡纳汉和他的团队应该很快就会发现他们在寨卡P3项目中的命运:就在本周，他们向圣路易斯和波士顿的合作者发送了10种候选的抗寨卡抗体。
快速反应平台
快速生产抗体的最大优势之一是能够领先于病毒突变，或者至少是一步一步地与病毒突变同步。有时，病毒变异如此之快，以至于疫苗在投放市场时效果较差，甚至完全无效。在疾病爆发后60天内产生一种治疗方法的能力，可以帮助科学家领先于病毒一步，在病毒有机会变异之前降低其在人群中的流行程度。
而且，即使病毒发生变异，VVC团队和同事正在开发的快速方法将允许科学家在相关的时间框架内快速更新现有抗体，甚至创建新的抗体。例如，能够识别病毒颗粒不同部分的多种抗体可以被开发出来，并被连续或串联地给予，从而降低变异的速度。这一过程甚至可以用来对付疾病的细菌制剂，比如炭疽热——这是反生物恐怖主义研究的一个重要重点。
“我们喜欢一起制定计划!”我们自己的一个由帕夫洛和瑞秋组成的a团队刚刚证实，我们有对付寨卡病毒的有效治疗抗体线索!darpa冲刺前进!#vumcdarpasprint”阅读这张照片附带的推文。图像来源:罗伯特卡纳汉。
鉴于这些优势，治疗性抗体似乎有望完全取代疫苗，但卡纳汉认为这不太可能。在某些情况下疫苗仍然更合适，而在另一些情况下，抗体可能与疫苗一起使用效果最好。例如，在大流行情况下，抗体可立即为受影响和有危险的个人提供保护，如果有疫苗，可在以后提供长期保护(数年而不是数月)，以预防疾病。
克服监管和道德障碍
但是，如果你不能得到批准将你的抗体提供给需要的人，那么所有这些速度都没有任何意义。在大流行的时间表上，生产抗体蛋白并使其通过所需的安全和监管限制可能是不可能的。
为了解决这个问题，VUMC团队采用了一种纯合成生物学的方法:他们在西雅图传染病研究所(Infectious Disease Research Institute)的合作者正在优化一种系统，该系统可以将编码抗体的信使RNA直接传递到细胞中，然后细胞利用自身的天然机制产生蛋白质。大量的RNA可以在几天内产生(相对于蛋白表达和纯化需要数周或数月)。人们还希望这种合成生产方法，而不是更复杂的基于细胞的蛋白质抗体生产方法，将在大流行环境中提供一种加速的安全和调控途径。
一个充满活力激情
目前还不清楚治疗性抗体将如何改变传染病预防和大流行的准备工作，但随着VVC团队和他们的同事所做的工作，我们可能不用等太久就能找到答案。而且，虽然这个故事对我们这些看着它展开的人来说可能是鼓舞人心的，但对那些参与这个项目的人来说，即使不是更鼓舞人心，也是同样鼓舞人心的。
“他们是几个已经六周没有休息过一天的团队成员。但他们精力充沛。他们知道我们将做一些我们从未做过的事情，没有人能真正以我们现在的方式去做，而不是以我们现在的速度去做，”卡纳汉说。
他们也许能及时改写下一次大爆发的故事。
——文章发布于2019年3月6日
