High-Yield Production and Antigenic Profiling of a Stabilized SARS-CoV-2 S2-Fc Fusion Protein Using GlycoSwitch Pichia pastoris
本研究表明，在糖基工程化毕赤酵母（*Pichia pastoris*）中生产稳定的 SARS-CoV-2 S2-Fc 融合蛋白，可获得一种具有高度抗原性、类人糖基化的蛋白质，并保留了天然的中和表位，这使得保守的 S2 结构域成为广谱新冠肺炎疫苗极具前景的候选对象。
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病毒在不断改变其外观，这是一种生存策略，使其能够溜过已接种疫苗或曾感染过的人群的免疫系统。目前大多数疫苗都聚焦于 SARS-CoV-2 病毒的最外层——一种病毒用来进入人体细胞的刺突状蛋白质。虽然这个外层部分很容易被免疫系统发现，但它也是变化最频繁的部分，就像罪犯不断变换伪装一样。这使得疫苗难以跟上新变异株的步伐。然而，在这一不断变化的表层之下，隐藏着一个病毒运行所需的更稳定的核心。这个被称为 S2 亚基的内部区域很少发生变化，因为它执行着将病毒与细胞融合的关键机械工作。由于它在不同版本的病毒中都如此一致，科学家们长期以来一直在思考，针对这个稳定的核心是否能为未来的疫情提供更广泛、更持久的保护。
来自伊朗的一个研究小组致力于通过开发一种基于这种稳定内层核心的候选疫苗来测试这一想法。他们面临着一个重大挑战：S2 蛋白质天生具有粘性，且难以在大规模生产中避免发生聚集或解体。为了解决这个问题，科学家们求助于一种名为 Pichia pastoris 的微型酵母，这种酵母是生物技术领域的“劳模”，以高效生产蛋白质而闻名。他们对这种酵母进行了工程化改造，使其产生一种改良版的 S2 蛋白质，并为其附着了一个人类免疫系统的组件，以帮助其保持稳定并延长寿命。至关重要的是，他们使用了一种经过特殊基因改造的酵母菌株，旨在用类似于人类细胞中发现的糖分子来包裹蛋白质，而不是使用标准酵母菌株产生的粗糙的类植物糖类。
研究人员在大型批次中培养这些工程化酵母细胞，通过喂食甲醇来触发 S2 蛋白质的产生。几天后，他们收获了细胞周围的液体，并对蛋白质进行了纯化，将其从剩余的酵母物质中分离出来。他们发现，经过糖类工程改造的酵母菌株产生的蛋白质比标准菌株略多，产量约为每毫升 20.6 微克，而标准菌株为每毫升 18.6 微克。更重要的是，蛋白质的质量至关重要。当他们测试人类抗体对该蛋白质的识别能力时，由糖类工程化酵母制造的版本显示出显著更强的反应，其结合能力比标准酵母制造的版本高出约 31%。这证实了类人糖涂层有助于保持蛋白质的自然形状，使其更容易被免疫系统识别。
为了确保这种蛋白质能够有效地与免疫系统相互作用，该团队使用了一种携带 SARS-CoV-2 刺突蛋白的无害“伪病毒”进行了测试。他们将这种伪病毒与针对纯化 S2 蛋白质产生的抗体混合在一起。结果显示，这些抗体能够中和伪病毒，阻止其感染细胞。这表明该蛋白质保持了必要的结构特征，以便被免疫系统识别，支持了其作为疫苗组分的潜力。该研究表明，专注于病毒这一稳定不变的核心部分，并利用正确的糖涂层在酵母中进行生产，是一条可行的前进路径。尽管研究人员指出，仍需在生物体内进行进一步测试，以确认其完整的保护能力和激发新免疫反应的能力，但他们的工作证明，一种基于病毒这一保守、不变部分的疫苗，可以为应对当前及未来的多种变异株提供强有力的防御。
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