资料来源

亚利桑那州立大学

总结如下：

    对由一对高致病性病原体产生的膜蛋白进行调查的革新途径成为了最近研究的焦点。研究团队显示，DNA基础的基因免疫使用了被称为基因枪的设备，可以成功体现老鼠中的膜蛋白，并诱导动物在细菌和病毒范围内产生一系列关键性抗体。

    研究者们希望为更广范围的疾病研发疫苗、疗法和新的诊断测试。为了实现这一目标，他们将需要更好的理解生物组件的一个关键级别。这些至关重要的材料被称作表面膜蛋白，它们为巨大的复杂性组成了一个结构性和功能性多样化的装置。

    在一项新的研究中，亚利桑那州立大学生物设计学院的研究教授Debra Hansen探索出调查由一对高致病性病原体产生的膜蛋白的革新途径。研究团队显示，DNA基础的基因免疫使用了被称为基因枪的设备，可以成功表达老鼠中的膜蛋白，并诱导动物在细菌和病毒范围内产生一系列关键性抗体。

    “我们意识到我们研究抗体产生的新工艺非常有效。如果这些膜蛋白是自然产生免疫性的，我们只用这些基因就可以使高水平的抗体轻松产生，”Hansen说。“而不是千辛万苦地净化这些膜蛋白，并试图在免疫之前用洗涤剂维系合适的膜蛋白，我们让免疫过的主人为我们做这项工作。”

这项新研究也描述了为展现和净化试管中的膜蛋白和用特异性抗体测验它们的结合活性，这些特异性抗体是从基因免疫鼠中提取而来的。

    按照惯例，想要对一个外来蛋白产生免疫反应要求这种蛋白的净化，然后注入一只动物体内。这个过程是笨重、具有挑战性和费时的。在当前的这个研究中，免疫反应反而由介入一个按所偏好蛋白编码的基因直接产生。

    在这个研究中产生的两个膜蛋白也通过重组DNA被成功介入了大肠杆菌的细胞膜中。这种特殊抗体的使用存在于被第一次说明的基因免疫鼠的血液中，这两个膜蛋白可以被以重组方式在一个活有机体中被展现，并被正确地调入3D结构用大肠杆菌移动到细胞膜中。

    这项研究出版于自然出版集团的杂志《科学报告》的最新一期，它承诺传递对医疗有关键性作用的膜蛋白的结构和功能的新见解。

    在表面

    膜蛋白在生物体中有着不计其数的功能，包括细胞信号传导和交流、能力传递和使用，以及分子运输和催化。由于它们在一系列疾病中的参与，它们最近已经成为新的一系列疗法的主要目标。的确，以经超过了50%的药物作用靶点是膜蛋白。并且随着对膜蛋白和功能的更多了解，这个数量还有可能上升。

    不管它们在主人/病原体相互作用中的分子界面和药品/细胞关系中的重要作用。蛋白酶导致了10万个目前被编录的独特蛋白质结构低于1%。这很大部分是由于涉及产生、净化和决定蛋白酶机构的严重的挑战。Hansen和他的同事们概述了由自然免疫系统产生的专门抗体的蛋白酶的新策略，作为对病原体或其他威胁的生物制剂的反应。

    在当下的研究中，他们描述了如何用基因枪将DNA信息注入一只老鼠中。这个手持设备使用一阵烟雾来促进金粒子被循环的DNA充满，也就使得质粒进入了实验鼠的皮肤内。这种金粒子也就是微纳米丛。基因枪技术是由Stephen A. Johnston所倡导和研发的，他是药物创新生物设计中心的联合主任。

    这项通过基因枪介入的基因材料从鼠树突细胞开始的，并在皮组织和淋巴结被转化成膜蛋白。这种鼠免疫细胞由绑定于膜蛋白的特异抗体能力产生反应的。但是这种基因免疫的基础已经被使用一段时间了，该项研究标志着这种方式对膜细胞广泛适用性的第一次描述。

被检测的细菌和病毒威胁

    结果显示基因免疫成功产生了抗体，这些抗体特定于来自两个生物安全级别为3的病原体的17个细胞膜中的12个：土拉弗朗西斯菌非洲猪瘟病毒（ASFV）。土拉弗朗西斯菌造成了免热病。在广泛的研究中感染病原体声名狼藉的原因在于它侵扰了许多细胞类型，并很聪明地躲开免疫系统。它是世界上最易致病菌之一，能够造成仅仅10个细胞的致病感染。非洲猪瘟病毒是被节肢动物所携带的。在猪身上的感染造成了致命且无法医治的出血病，造成了非洲和东欧的猪数量的毁灭

    对于这些生物体产生的内在疾病蛋白质的调查是非常困难的，由于它们指向研究者们的潜在的危险，因此要求专门的安全设施和拟定草案。这项新方法描述了这些病原体的蛋白酶的生产许可和有关以DNA为基础的方法产生的抗体，允许生物材料在没有感染风险的情况下安全运转。

    一旦针对特殊膜蛋白的抗体已经在老鼠体内产生，这个团队就会力求总结所产生的血液或血清的特征。为了做到这个，存在于狂犬病磁珠（(IVT-HMB)的试管内转化的新系统得到了开发。在这里有一少部分的蛋白酶在测验试管中被产生，同时经由狂犬病玻璃粉提取，并筛选从基因免疫鼠中提取的血清。两种诊断性测试或试验中（酶联免疫吸附试验和西方墨点法）的结果的信号的检测建立了针对每个蛋白酶的抗体的老鼠血清的存在。这项IVT-HMB方法代表了蛋白酶产生的有力流线型，排除了传统要求的离析和净化的费力的工艺。

    蛋白质结构的垫脚石

    利用X射线来映像极小的蛋白质晶体是决定详细的蛋白质结构的有力途径，但是这项技术面临着很多挑战，包括产生和净化适当聚集的蛋白质的困难。在利用如冷冻镜像和X射线晶体学这样的技术下，当下的研究标志着蛋白酶更进一步的结构表征的起点。

    作为这项新研究的共同作者和生物设计学院应用结构发现中心的主任，Petra Fromme强调了这项新研究的力量：“通过像基因免疫技术产生的抗体范围为高分辨率的重要蛋白酶打开了一扇大门，”她说。“生成的抗体通过各种重要方式参与了结构测定，确定了适当聚集的蛋白质，帮助诱导蛋白质和其他蛋白质集合成有序的晶体，并在可以用X射线映像的活跃状态下稳定和俘获蛋白质。

    在这个研究的下一阶段，这个团队计划利用同样的免疫工艺制造蛋白酶。这些通过X射线晶体学来做的蛋白酶结构鉴定是基础的，就像共同析晶结合因子和配体一样。作者们进一步标注出由基因免疫技术产生的单克隆抗体为进一步治疗广泛的疾病的疗法提供了有吸引力的候选项。

    这项研究是生物设计学院的全体人员的联合努力下进行的，包括来自医药创新中心（CIM）、应用结构发现中心（CASD）和分子科学学派的Debra Hansen，来自CIM的Kathryn Sykes和来自CASD和SMS的Petra Fromme，以及他们的团队的研究者和学生，包括：研究科学家Mark Robida， Andrey Loskutov 和 Tien Olson，研究员Felicia Craciunescu， John-Charles Rodenberry 和 Hetal Patel 和来自CIM的研究生 Xiao Wang 和来自SMS的postdoc Katerina Dörner。

    所有应用在这个方法中的必须的克隆（质粒DNA）都可以通过DNASU质粒储藏室得到，该储藏室位于生物设计的个体化诊断学中心。

新闻来源：

    以上报道是由亚利桑那州立大学提供的材料进行再版。注：材料可能会在内容和长度方面被重新编辑。

参考文献：

Debra T. Hansen, Mark D. Robida, Felicia M. Craciunescu, Andrey V. Loskutov, Katerina Dörner, John-Charles Rodenberry, Xiao Wang, Tien L. Olson, Hetal Patel, Petra Fromme, Kathryn F. Sykes. Polyclonal Antibody Production for Membrane Proteins via Genetic Immunization. Scientific Reports, 2016; 6: 21925 DOI: 10.1038/srep21925