科学家们正在试验三种新冠病毒疫苗

Jean Peccoud 是科罗拉多州立大学的合成生物学教授兼 Abell 主席。本文最初发布于 The Conversation。

冠状病毒已使全球的社会、经济和教育交流陷入停滞。目前，公共卫生官员依靠社交距离等工具来尽量减少病毒的危害，但长远来看，COVID-19 疫苗是恢复正常生活的最佳希望。

研发疫苗通常需要几年时间，但在冠状病毒面前，生物技术公司和监管机构正在采取积极措施，以期更早地普及 COVID-19 疫苗。

我研究生物制造和合成生物学，令人着迷的是，这项前所未有的努力正在挑战疫苗开发的极限。全球的公共和私人实验室正在追求前沿的疫苗工程策略，这些策略从未如此大规模地进行过测试。如果这些努力取得成功，疫苗将成为对抗或预防未来 COVID 疫情的重要工具。

疫苗的工作原理

当身体第一次接触一种新病毒时，需要数周时间才能产生能够对抗这种病毒的抗体和其他防御机制。这给了病毒充足的时间进行复制并使人生病。

然而，免疫系统是有记忆的。如果它之前遇到过某种病毒，身体就能迅速部署防御机制来对抗入侵者，并在发生全面感染之前中和病毒。

这就是疫苗背后的理念：让身体有机会建立针对未来可能遇到的病毒的防御能力。并非所有疫苗都能产生相同水平的免疫准备度——初始免疫反应越强，疫苗效果越好——但总比毫无准备要好。

研发疫苗的传统方法是培养并向患者注射灭活病毒。这些病毒不会让你生病，但一旦接触到这些“死亡”的病毒，免疫系统就会拥有对抗该病毒的武器，以备将来需要时使用。

不幸的是，弄清楚如何在工业规模上培养一种新病毒很复杂，而且一旦完成，这个过程本身通常缓慢、困难且有潜在风险。例如，流感疫苗是通过在数百万个鸡胚中培养病毒来生产的。这个过程需要四个月。此外，在处理一种没有药物或疫苗的病毒时，为了防止它意外泄漏出工厂并使情况变得更糟，最好避免大量培养它。

鉴于冠状病毒的蔓延让时间成为生死攸关的问题，近 50 个公共和私人实验室正在转向更新、更安全、更快捷的方法来开发冠状病毒疫苗。

基于蛋白质的疫苗

与其注射整个病毒，不如通过注射单一的病毒组分来为人体接种疫苗。最常用的部分是病毒表面的蛋白质。如果活病毒进入体内，这些表面蛋白质很容易被免疫系统识别。这种方法更简单、更快、更安全，因为病毒蛋白质可以在细胞培养物中生产。

两家公司，赛诺菲和诺瓦瓦克斯，都在开发基于 SARS-CoV-2 刺突蛋白的重组疫苗，刺突蛋白是引起 COVID-19 的新型冠状病毒表面的塔状结构。

基于蛋白质的疫苗，也称为重组疫苗，已用于接种人乳头瘤病毒 (HPV) 等病毒感染。与传统的全病毒疫苗相比，它们的生产要简单得多，但开发新的工艺仍可能需要一年时间，并且在生产工艺开发完成后，生产疫苗仍需要数周时间。世界需要更快的速度。

基于基因的疫苗

理论上，制造疫苗最简单、最快捷的方法是让患者自身的细胞产生微量能够引发免疫反应的病毒蛋白。为此，研究人员正在转向遗传学。

第一种基因方法使用 DNA。将编码冠状病毒蛋白的单个基因注射到患者的细胞中，希望一小部分 DNA 分子能够进入细胞核。在那里，它们会被复制成 RNA 分子，然后细胞会读取 RNA 分子来产生病毒蛋白。但是，很难通过这种方法让人的身体产生足够的蛋白质。通常，很少有 DNA 能到达细胞核，细胞产生的蛋白质不足以引发足够强的免疫反应。

截至目前，尚无 DNA 疫苗获得 FDA 批准用于人类，该方法的成功有限。但有希望。2016 年，几个研究小组开发了基于此技术的寨卡疫苗候选物，至少有一家公司，INOVIO Pharmaceuticals, Inc.，正在开发 INO-4800，一种冠状病毒的 DNA 疫苗候选物。

DNA 疫苗的瓶颈在于如何将遗传物质递送到细胞核进行转录成 RNA。直接使用 RNA 的疫苗可能可以解决这个问题。由于 RNA 进入细胞后会立即翻译成蛋白质，因此这种方法比 DNA 疫苗能产生更强的免疫反应。然而，RNA 的降解速度比 DNA 快。

但这并没有阻止一些公司尝试。美国著名的公司是 Moderna，3 月 16 日，美国国立卫生研究院开始对 Moderna 的主要冠状病毒疫苗候选物 mRNA-1273 进行临床试验。

DNA 和 RNA 的制造依赖于标准化且相当简单的工艺。DNA 疫苗在细菌中生产，细菌在一夜之间即可生长；而 RNA 疫苗在试管中生产，使用一种只需数小时的生化反应。与传统疫苗或基于蛋白质的疫苗相比，基于基因的疫苗可以极快地生产。