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抗体|左手拿诺奖,右手抗新冠,羊驼抗体到底是什么?|万物科学说明书

差不多两周前,《科学》杂志发了一篇论文,报告了一种新的新冠抗体——纳米抗体 。当然了,现在在做的新冠疫苗不止三百种,就连三期临床数据都有做出来的了,这个新抗体可以说是来得有点晚 。不过看看实验数据,还是挺令人激动的,纳米抗体不仅亲和力超强,还特别方便,可以通过气雾剂起效,还能在室温下放置6周不失活 。
更惊奇的是,这种抗体别说是人类抗体了,甚至都不是小鼠的,而是来自一种毛茸茸的大可爱——美洲驼(Llama) 。
【抗体|左手拿诺奖,右手抗新冠,羊驼抗体到底是什么?|万物科学说明书】
抗体|左手拿诺奖,右手抗新冠,羊驼抗体到底是什么?|万物科学说明书
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这是美洲驼,草泥马是羊驼(Alpaca)
今天就来聊聊纳米抗体吧 。
骆驼、草泥马,还有鲨鱼?
既然名字叫做纳米抗体,可想而知,它的个头是特别的小 。
大约在上个世纪八十年代,布鲁塞尔自由大学(VUB)的一群学生们开始了针对单峰骆驼血清的寄生虫研究 。当他们完成血液分析之后,找到了一些神秘的小个头蛋白 。在后续对双峰骆驼和美洲驼的研究中,也找到了类似的蛋白 。后来的研究告诉我们,鲨鱼体内也有类似的蛋白 。
这些发现于1993年登上了《自然》杂志,研究者们确定,这些小蛋白是一种特殊的抗体 。
普通的抗体由四条蛋白质链组成,我们将比较大的两条叫做重链,小的两条叫做轻链 。两条重链形成典型的抗体的Y形,轻链则紧贴在重链的上半部分 。而从骆驼体内发现的迷你抗体只有两条重链没有轻链 。
普通抗体的大小一般在150千道尔顿(kDa)左右,迷你抗体是它的一多半,大约90kDa 。后来科学家们还手动将它进一步“浓缩”,只取识别靶标最关键的可变区,也就是所谓的纳米抗体(Nano-antibody),这下大小就只有15kDa左右,算得上是非常袖珍了 。
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普通抗体、迷你抗体和纳米抗体
为什么这些动物体内会有这种迷你抗体呢?
其实人类和小鼠体内也有可能产生只有重链的抗体,但一般来说,我们会认为这是产生抗体的B细胞出bug了 。骆驼和鲨鱼体内的迷你抗体可不是不着调的半成品,尽管缺乏辅助抗原识别和捕获的轻链,迷你抗体仍旧能够以高度特异性捕捉目标,是这些动物免疫系统不可缺少的一部分 。
科学家们推测,由于体积更小,迷你抗体应该能够与更精细的构象结合,抵抗更广泛的病原体 。鉴于迷你抗体在多种动物中出现,合理推测,它应当具有一定特殊的生理功能,不过遗憾的是,无论骆驼还是鲨鱼,我们对它们的生理疾病了解实在是不足,对于迷你抗体的来龙去脉,科学家也是一问三不知 。
不过这也并不耽误我们使用它 。
浓缩的都是精华
在多数的科研应用中,研究者们都会把迷你抗体进一步“修剪”成纳米抗体,它有几个非常棒的属性 。
第一,纳米抗体很小,体积小的蛋白更容易通过生物工程菌生产,也更容易提取纯化 。实际上,在大肠杆菌中生产普通抗体是非常非常难的,所以一般都是使用更加昂贵的哺乳动物细胞来培养 。
第二,很有趣的是,纳米抗体能够在细胞内部保持生理功能,而普通抗体通常会在细胞质中被分解掉 。这给了科学家们许多灵感,比如利用纳米抗体特定消除细胞内的某种蛋白 。
在研究某种蛋白功能的时候,传统的手段可以通过敲除基因的方式来阻止蛋白表达 。现在我们可以用转入特定纳米抗体基因的方式,让细胞在我们需要的时候主动表达纳米抗体,特异性消除蛋白,不仅消除效果又快又好,还能够在我们需要的时候随时恢复蛋白表达,就非常的方便 。


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