作者:麻省理工学院莎拉·麦克唐纳 对脱氧核糖核酸双螺旋结构的描述
它的四个编码单位(A、T、C、G)用粉色、橙色、紫色和黄色进行颜色编码
信用:NHGRI 通过将脱氧核糖核酸折叠成类似病毒的结构，麻省理工学院的研究人员设计了类似艾滋病毒的颗粒，这些颗粒可以激发实验室培养皿中生长的人类免疫细胞的强烈免疫反应
这种颗粒最终可能被用作艾滋病疫苗
这些与病毒的大小和形状非常相似的脱氧核糖核酸颗粒涂有艾滋病毒蛋白质或抗原，排列成精确的模式，旨在激发强烈的免疫反应
研究人员现在正在努力调整这种方法，以开发一种潜在的SARS-CoV-2疫苗，他们预计这种方法可以用于多种病毒性疾病
“这项工作开始产生的粗略设计规则应该普遍适用于疾病抗原和疾病，”在生物工程和材料科学与工程系任职的安德伍德-普雷斯科特教授达雷尔·欧文说。麻省理工学院科赫癌症综合研究所副主任；也是MGH拉贡研究所、麻省理工学院和哈佛大学的成员
欧文和麻省理工学院生物工程教授、麻省理工学院和哈佛大学布罗德研究所的准成员马克·巴斯是这项研究的资深作者，这项研究发表在今天的《自然纳米技术》杂志上
该论文的主要作者是前麻省理工学院博士后雷米·维尼奇亚诺和泰森·莫耶
DNA设计 由于DNA分子是高度可编程的，科学家们自20世纪80年代以来一直在研究设计可用于药物输送和许多其他应用的DNA分子的方法，最近一次是使用一种叫做DNA折纸的技术，该技术是由加州理工学院的保罗·罗瑟蒙德于2006年发明的
2016年，巴斯的实验室开发了一种算法，可以使用DNA折纸自动设计和构建任意三维病毒状形状
这种方法提供了对合成脱氧核糖核酸结构的精确控制，使研究人员能够在特定位置附着各种分子，如病毒抗原
“脱氧核糖核酸结构就像一块钉板，抗原可以附着在任何位置，”巴德说
“这些病毒样颗粒现在使我们能够首次揭示免疫细胞识别的基本分子原理
" 天然病毒是在颗粒表面排列有抗原的纳米颗粒，人们认为免疫系统(尤其是B细胞)已经进化到能够有效识别这种颗粒抗原
目前正在开发模拟天然病毒结构的疫苗，这种纳米粒子疫苗被认为在产生B细胞免疫反应方面非常有效，因为它们的大小适合携带到淋巴管，淋巴管将它们直接发送到等待在淋巴结中的B细胞。
这些颗粒的大小也适合与B细胞相互作用，并且可以呈现密集的病毒颗粒阵列。
然而，确定合适的颗粒大小、抗原之间的间距和每颗粒抗原的数量以最佳地刺激B细胞(B细胞通过其B细胞受体与靶抗原结合)一直是一个挑战
巴斯和欧文开始使用这些DNA支架来模拟这种病毒和疫苗的粒子结构，希望发现激活B细胞的最佳粒子设计
欧文说:“人们对使用病毒样颗粒结构非常感兴趣，在这种结构中，你可以将疫苗抗原排列在颗粒表面，以驱动最佳的B细胞反应。”
“然而，如何设计这种显示器的规则并没有得到很好的理解
" 其他研究人员试图使用其他种类的合成颗粒，如聚合物、脂质体或自组装蛋白质来制造亚单位疫苗，但使用这些材料，不可能像用DNA折纸术那样精确地控制病毒蛋白质的位置
在这项研究中，研究人员设计了大小和形状与典型病毒相似的二十面体粒子
他们以不同的距离和密度将与gp120蛋白相关的工程化艾滋病毒抗原附着到支架上
令他们惊讶的是，他们发现产生最强反应的B细胞反应的疫苗不一定是那些将抗原尽可能紧密地包裹在支架表面的疫苗
“通常认为抗原密度越高越好，这种想法认为使B细胞受体尽可能靠近是驱动信号传递的原因
然而，非常清楚的实验结果是，实际上我们能做的最接近的间距并不是最好的
欧文说:“随着两种抗原之间距离的扩大，信号也会增加。”
这项研究的发现有可能指导艾滋病毒疫苗的开发，因为这些研究中使用的艾滋病毒抗原目前正在使用蛋白质纳米颗粒支架进行人体临床试验
基于他们的数据，麻省理工学院的研究人员与俄亥俄州立大学免疫学和微生物学教授贾亚吉特·达斯合作，开发了一个模型来解释为什么抗原之间的距离越大产生的结果越好
当抗原与B细胞表面的受体结合时，激活的受体在细胞内相互交联，增强它们的反应。
然而，该模型表明，如果抗原靠得太近，这种反应就会减弱
超越艾滋病毒 最近几个月，巴斯的实验室与拉贡研究所的亚伦·史密特和丹尼尔·林伍德实验室合作，创造了这种疫苗的变体，他们用在非典病毒表面发现的一种蛋白质替换了艾滋病毒抗原
他们现在正在测试这种疫苗是否会在分离的B细胞和小鼠中产生针对冠状病毒SARS-CoV-2的有效反应。
“我们的平台技术允许您轻松地从不同类型的病毒中交换出不同的亚单位抗原和肽，以测试它们是否有可能作为疫苗发挥作用，”巴德说
研究人员说，由于这种方法允许不同病毒的抗原携带在同一DNA支架上，因此有可能设计出针对多种冠状病毒的变体，包括过去和未来可能出现的变体
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