隨著抗擊COVID-19的戰斗繼續進行，科學家們轉向了一種不太可能有效的治療方法:大羊駝自然產生的微小抗體。

雖然世界各國研制出了多種新冠肺炎疫苗，但為感染病毒者尋找有效治療方法的工作仍在繼續。現在，科學家們正在尋找一個看似不太可能的來源:南美美洲駝。

研究人員正在使用先進光子源(Advanced Photon Source, APS)的超亮x射線，幫助將自然產生的羊駝抗體轉化為可能有效的抗SARS-CoV-2病毒的療法。SARS-CoV-2是導致COVID-19的病毒。APS是美國能源部位于阿貢國家實驗室的科學用戶設施。抗體是免疫系統抵御感染的天然屏障，當從血液中提取抗體時，可以用來設計治療方法和疫苗。

“大羊駝自然地高產出這些納米體，它們可以裝入蛋白質表面的口袋里，而這些口袋是大型抗體無法進入的。”

——杰森·麥克萊倫，德克薩斯大學奧斯汀分校

APS結構生物學中心主任、傳染病結構基因組學中心聯席主任安德雷·約阿希米亞克(Andrzej Joachimiak)表示:“我們已經收到了50多種帶有SARS-CoV-2幾種蛋白質的羊駝抗體。”(APS的研究人員不使用活病毒，而是使用由模擬蛋白質生長的晶體。)這些抗體是與幾個合作伙伴的持久合作的一部分,包括國立衛生研究院(NIH)的研究人員和國家研究所的關節炎和肌肉骨骼和皮膚疾病(NIAMS) Joachimiak說,將分析利用APS看看他們抗擊病毒的傳染性。

科學家們轉而研究大羊駝似乎有些令人驚訝，但這是有原因的。

大羊駝屬于駱駝類哺乳動物的一種，也包括駱駝和羊駝。多虧了大自然的神奇之處，駱駝產生了一種獨特的抗體來抵抗疾病。這些抗體通常被稱為納米體，大約是人類產生的抗體的一半大小。它們也非常穩定，很容易被科學家操縱。

這種基因變異導致駱駝類，比如大羊駝，產生這種帶有單鏈蛋白的小抗體，是比利時科學家在20世紀80年代晚期偶然發現的。從那時起，科學家們就開始利用駱駝的納米體創造治療多種疾病的方法，并取得了巨大的成功。它們的小尺寸使它們能夠與大抗體無法進入的病毒蛋白質區域結合，阻止這些蛋白質與細胞連接。

德克薩斯大學奧斯汀分校(University of Texas at Austin)副教授杰森·麥克萊倫(Jason McLellan)說:“大羊駝自然地產生這些高產量的納米體，它們可以裝入蛋白質表面的口袋中，而大尺寸的抗體無法進入這些口袋。”

麥克萊倫有多年研究駱駝形納米體的經驗。他和他的研究生Daniel Wrapp，以及比利時的Xavier Saelens團隊，已經分離出納米體，這些納米體已被證明對呼吸道合胞病毒(RSV)和兩種冠狀病毒(嚴重急性呼吸綜合征(SARS)和中東呼吸綜合征(MERS)有效。

當SARS-CoV-2的基因序列于2020年1月公布時，McLellan、Wrapp和Saelens迅速測試了他們之前分離出的針對原始SARS-CoV的抗體(取自一只名為Winter的比利時羊駝)是否也能結合和中和SARS-CoV-2。他們發現其中一個納米體可能對SARS-CoV-2有效，他們在APS上使用SBC光束對其進行了表征。麥克萊倫表示，這種名為VHH72的納米體目前正在研發中，用于治療COVID-19。他和Wrapp因此項研究獲得了2020年的金鵝獎。

麥克萊倫會告訴你，雖然他的成績不錯，但他的希望要高一些。

“我們在尋找一種能中和所有冠狀病毒的有效抗體，”他說。“我們給溫特接種了疫苗，希望能誘導出那個納米體。也許我們誘發了它，但我們沒有孤立它。”

分離這些微小的納米體是很困難的，因為人體會產生大量的納米體，只有一小部分用于對抗特定的病毒。這正是匹茲堡大學細胞生物學教授易石正在試圖解決的問題。

在《科學》雜志上發表的一篇論文中，Shi和他的同事們公布了一種新的高級質譜分析方法，可以分析美洲駝血液樣本中的納米體。史教授和他的研究助理(這篇論文的第一作者)向宇飛表示，其結果是大量納米體能夠很好地與SARS-CoV-2病毒結合。

“這比目前的技術好幾千倍，特別是在選擇性能方面，”史說。“我們想要能與SARS-CoV-2緊密結合的納米體，通過這種方法，我們可以獲得藥效高達1萬倍的高質量納米體。”

和麥克萊倫的研究一樣，施的實驗是從一只美洲駝開始的，這只羊駝名叫沃利，因為它和他的黑色拉布拉多很像(因此也有一個共同的名字)。研究小組給Wally注射了抗SARS-CoV-2病毒的疫苗，等待了兩個月的納米體生成，然后Xiang用他們的新方法分析納米體，識別并量化它們。他們最終得到了1000萬個納米體序列。

這些納米體可以在室溫下放置6周，而且體積小到可以霧化，這意味著利用它們設計的治療方法可以直接吸入肺部，而不是通過血液流動。為了證實納米體的有效性，匹茲堡大學助理教授Cheng Zhang在美國國立普通醫學科學研究所和國立癌癥研究所結構生物學設施(GM/CA)上確定了納米體與SARS-CoV-2病毒結合的結構。

“通過這種方法，我們可以發現數千個不同的、超高親和力的納米體，用于特定的抗原結合，”Shi說。“這些納米體可能會也可能不會為COVID-19提供治療，但用于分離它們的技術在未來將非常重要。”

最近，由德國波恩大學(University of Bonn)領導的一個科學家團隊報告了新發現的納米體，可與SARS-CoV-2結合，并可能阻止所謂的“突變逃逸”。這是病毒通過變異來避免免疫反應的能力，一種阻止病毒變異的治療方法可以防止再次感染。

該研究小組將幾個納米體組合成可以同時攻擊病毒不同部分的分子，幫助防止病毒突變降低治療效果。這些納米體取自一只羊駝和一只羊駝，它們對SARS-CoV-2病毒免疫，在幾百萬個候選分子中，它們最終得到了四種被證明有效的分子。

加州斯克里普斯研究所的結構生物學教授伊恩·威爾遜(Ian Wilson)領導的團隊在APS的GM/CA進行了x射線衍射研究，以確定這些與病毒結合的分子的結構。

Wilson說:“根據APS和斯坦福同步輻射光源(SSRL)收集的數據確定的晶體結構，我們能夠識別納米體在SARS-CoV-2受體結合域上的結合位點。”“x射線結構信息，結合低溫電子顯微鏡數據，被用于幫助設計更有效的多價抗體，以預防COVID-19感染。x射線結構的工作因立即獲得APS而大大便利。”

只有時間(和進一步的測試)才能證明各種納米體能否轉化為對抗COVID-19的有效療法。但如果他們這么做了，我們就要感謝可愛的美洲駝了。

先進光子源是美國能源部(DOE)科學辦公室的用戶設施，由阿貢國家實驗室為能源部科學辦公室運營。APS用于COVID-19研究的光束線的額外資金由美國國立衛生研究院(NIH)和美國能源部科學、生物和環境研究辦公室提供。APS運營了10%比平時更多的時間在2020年支持COVID-19研究,有額外的時間由美國能源部科學辦公室通過國家虛擬生物實驗室,一個財團的DOE國家實驗室專注于應對COVID-19資金提供的冠狀病毒關心行為。

關于先進光子源

位于阿貢國家實驗室的美國能源部科學辦公室的先進光子源(APS)是世界上最多產的x射線光源設施之一。APS為材料科學、化學、凝聚態物理、生命和環境科學以及應用研究等領域的研究人員提供高亮度x射線束。這些x射線非常適合探索材料和生物結構;元素分布;化學態、磁態、電子態;以及從電池到噴油器噴射器等一系列技術上重要的工程系統，所有這些都是我們國家經濟、技術和身體健康的基礎。每年，超過5000名研究人員使用APS出版超過2000份出版物，詳細介紹了有影響力的發現，并解決了比任何其他x射線光源研究設施的用戶更重要的生物蛋白結構。APS科學家和工程師創新技術，這是推進加速器和光源操作的核心。這包括插入設備產生格外明亮的x射線珍貴的研究人員,鏡頭聚焦x射線到幾納米,儀器能最大化的x射線與被研究樣本,和軟件,收集和管理大規模數量的發現研究APS產生的數據。

這項研究使用了先進光子源的資源，這是美國能源部科學辦公室的一個用戶設施，由阿貢國家實驗室根據合同編號為。DE-AC02-06CH11357。

阿貢國家實驗室尋求解決緊迫的國家科學和技術問題。阿貢是美國第一個國家實驗室，在幾乎每一個科學學科中都進行前沿的基礎和應用科學研究。阿貢的研究人員與來自數百家公司、大學、聯邦、州和市政機構的研究人員密切合作，幫助他們解決具體問題，提升美國的科學領導力，為國家的美好未來做好準備。Argonne的員工來自60多個國家，由芝加哥大學Argonne有限責任公司為美國能源部的科學辦公室管理。

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