活蹦亂跳的病毒直接拿來做疫苗，就問你怕不怕！

12月2日，Science刊登了一篇題為「Generation of influenza A viruses as live but replication-incompetent virus vaccines」的論文。論文的作者司龍龍和徐歡製備出的「流感活病毒疫苗」可以更有效地預防流感，甚至還對病毒感染有一定的治療作用。這項研究的背後，是革命性的化學生物學科技——非天然氨基酸技術。

瘋狂的點子：活病毒疫苗

在疫苗被發明200多年後的今天，人類仍然沒有辦法有效的免疫預防所有病毒，這受限於疫苗的研製技術。

傳統疫苗一般是在體外將病毒滅活或者減活之後給人體注射，讓人體的免疫系統識別和記憶這些致病原。當再次受到真正病毒入侵時，免疫系統已經「認識」了這種病毒，能很快消滅它們，達到免疫的效果。然而這樣的「死病毒」疫苗往往在製備過程中破壞了病毒的部分結構，和真病毒有差別，免疫系統在遇到真病毒時並不能識別病毒，導致疫苗效果不好。於是北京大學藥學院周德敏老師實驗室的一群小夥伴就開始琢磨：那能不能直接把活病毒送進人體？可是這就等於直接把致病原送進體內，讓它繁殖，這哪是預防，明顯就是自殺！那有沒有辦法給病毒做個絕育，讓它們儘管是活的，但是在人體里沒法複製呢？可這也有問題，怎麼才能生產絕育的病毒呀？

面對這一個接一個的技術難題，「活病毒疫苗」彷彿天方夜譚。正巧周德敏實驗室研究的「非天然氨基酸系統」技術為疫苗製備開啟了一種全新的思路：通過非天然氨基酸技術改造病毒，讓病毒在人工製備的條件下可以繁殖，但是在人體內的自然條件下不能繁殖，既能提高疫苗的免疫原性，又不會使人致病！經過多次努力和嘗試，這群小夥伴們最終把這個瘋狂的點子實現了！

什麼是非天然氨基酸(UAA)技術？

這裡請先回憶一下中學時候學過的生物知識，遺傳物質指導生命生長過程的中心法則可表述為：遺傳信息從DNA轉錄成RNA，再由核糖體讀取RNA序列翻譯成氨基酸組成蛋白質。每三個RNA序列稱為一個密碼子，對應特定的氨基酸。

自然界中，總共有64種密碼子（一個密碼子有三個RNA鹼基，每個鹼基都有 A-U-G-C 4種選擇），然而在細胞中並不是每一種密碼子都能被翻譯成氨基酸。有一些編碼方式，比如UAG這個序列，就不對應氨基酸，因而被普通的細胞理解成「終止翻譯」的指令。

在自然條件下存在而且能夠被翻譯出來的氨基酸被稱為天然氨基酸，相對應的，非天然氨基酸（unnaturalamino acid，UAA）指的就是那些自然條件下不存在而且無法被翻譯、需要在人工干涉的系統中才能被翻譯出來的氨基酸。

簡單來說，非天然氨基酸技術就是在這些原本不能翻譯「UAG」的細胞里人工引入了一套原本不存在的翻譯體系，讓細胞將「UAG」翻譯成人為設定的與之相對應的非天然氨基酸。推而廣之，除「UAG」這個組合之外，利用這套人工翻譯體系，也可以將其它天然體系裡面不用於翻譯氨基酸的密碼子，對應翻譯為人工合成的非天然氨基酸。

於是，「無義密碼子」變成了行業黑話，在「吃瓜群眾」普通人體細胞里是無法被讀懂的，生成蛋白質的過程也隨之終止；然而，在能夠理解「黑話」的人工翻譯體系中，「無義密碼子」則會被翻譯為UAA，蛋白質生成也就可以如常進行了。

細胞里引入人工翻譯體系後，可以讓細胞將無意義密碼子翻譯成人為設定的與之相對應的非天然氨基酸。圖片來源：pharm.ucsf.edu/wang/research/expansion-genetic-code，作者有改動

用UAA製造活病毒疫苗

有了UAA這個工具，科學家們發現了一種全新的可能性：改造病毒的基因，使得它在人體里因為無法被理解而不能繁殖，從而對人體沒有危害。但是在人工控制的生產環境中卻能正常生長，因而有產業化的可能性。

這篇論文中，研究人員把流感病毒中必要基因的某個位置改造成終止密碼子「UAG」（相當於改寫成了黑話），讓病毒因為重要基因翻譯過程被插入的「UAG」提前終止，因此在天然翻譯體系下無法複製。而在我們建好的人工翻譯體系的中，「UAG」被翻譯成對應的UAA，基因可以順利翻譯，病毒可以複製，從而可以大規模生產。

也就是說，這些利用UAA技術人工製作的「缺陷活病毒」，表面上看與真實的致病活病毒別無二致，最適合作為疫苗引起人體的免疫反應。然而離開了人工建立的翻譯體系，這些病毒因為「生殖缺陷」在自然界中無法複製，所以沒有傳播毒性。論文的實驗結果也顯示，在小鼠、豚鼠和雪貂（常用的流感動物模型）上，這種新型疫苗比傳統疫苗的有效時間更長，而且還對病毒感染有一定的治療作用。

「神之手」UAA，還能怎麼用？

善於思考的你一定已經發現，非天然氨基酸技術的應用遠不止新型疫苗製備。的確，由於我們可以通過在UAA的側鏈上添加功能基團來改造蛋白，UAA技術可以做不少文章：在蛋白中引入UAA，科學家們能夠更容易地給蛋白連接上另一些分子。如果連接上高分子化合物，比如PEG，可以改變蛋白藥物在人體內停留的時間；如果連接上某個化學藥物，可以通過抗體（蛋白）把這個化學藥物輸送到特定的細胞，增強化學藥物的作用，這就是抗體偶聯藥物（ADC,Antibody-Drug-Conjugates）；也可以連接上另一個抗體，形成雙特異性抗體，這種抗體可以同時結合兩個不同的蛋白，增強免疫細胞對腫瘤細胞的殺傷作用（這種抗體識別的位點設計為一個蛋白是免疫細胞特異的，一個蛋白是腫瘤細胞特異的，通過雙特異性抗體連接，使免疫細胞靠近腫瘤細胞，引起免疫殺傷作用，抗腫瘤）。目前美國和國內已經有多家生物技術和醫藥公司在利用非天然氨基酸技術生產藥物。

（編輯：婉珺）