酵母佐剂可以降低疫苗成本并提高可用性

正如在最近的大流行中证明的那样，疫苗可以拯救生命，但包括新冠肺炎疫苗在内的大多数疫苗的一个组成部分却没有被提及：一种分子或其他化合物，可以启动免疫系统，对感染进行更有力的防御

这些所谓的佐剂添加量很小，但有很大的保护作用，尤其是对免疫系统不成熟的婴儿和免疫反应下降的老年人

然而，最强的佐剂之一，智利皂皮植物的提取物，很难生产，每公斤要花费数亿美元（2.2磅）

加州大学伯克利分校和劳伦斯伯克利国家实验室（伯克利实验室）的科学家们现在已经利用合成生物学的力量在酵母中产生肥皂皮的活性成分，一种称为QS-21的分子。在酵母中生产这样的化合物不仅更便宜，而且更环保，避免了从植物中提取化合物所需的许多腐蚀性和有毒化学物质。研究结果于5月8日发表在《自然》杂志上

尽管基于酵母的工艺的产量仍然很小&mdash；一升肉汤价值几百美元&mdash；这一壮举有望使最有效的佐剂之一得到更广泛的应用，并总体上降低疫苗的成本

“在疫情期间，公共卫生官员真的很担心QS-21佐剂的可用性，因为它只来自一棵树，”加州大学伯克利分校化学和生物分子工程教授、伯克利实验室高级科学家Jay Keasling说；Keasling说，这是有史以来移植到任何生物体中最长的生物合成途径之一

“在酵母中生产强效疫苗佐剂QS-21凸显了合成生物学在应对主要环境和人类健康挑战方面的力量，”该论文的第一作者、加州拉霍亚斯克里普斯研究所助理教授、前加州大学伯克利分校博士后刘宇中说

在疟疾研究的基础上

在疫苗中添加佐剂的好处最早出现在20世纪20年代，当时明矾；铝盐&mdash；被发现可以提高白喉疫苗的有效性。此后，明矾被添加到许多使用部分病原体的疫苗中&mdash；尽管不是传染性部分&mdash；以诱导免疫。由于佐剂使疫苗更有效，它们还允许医生使用较小剂量的活性成分，即抗原

在明矾被发现可以提高疫苗的有效性后不久，一组肥皂状分子也被发现可以起到同样的作用。到20世纪60年代，研究人员将重点放在了智利皂皮树（Quillaja saponaria）的提取物上，该提取物能强烈激活免疫系统的不同成分，以增强单独接种疫苗抗原的效果

在过去的25年里，该提取物的一个组成部分&mdash；QS-21；已成为疫苗中主要的非铝佐剂之一，已在120多项临床试验中进行了测试。它存在于给老年人接种的带状疱疹疫苗（Shingrix）、目前用于儿童预防寄生虫恶性疟原虫的疟疾疫苗（Mosquirix）以及诺瓦瓦克斯SARS-COVID-19疫苗中

QS-21如今是通过从树上剥下树皮并化学提取和分离其许多化合物来生产的，其中一些化合物是有毒的。尽管QS-21是一种包含一个萜烯核心和八个糖分子的复杂分子，但它是在实验室中合成的。但这种合成需要79个单独的步骤，从一种必须合成的中间化学物质开始

Keasling是加利福尼亚州埃默里维尔联合生物能源研究所（JBEI）的首席执行官，他被要求尝试在酵母中重现合成过程，因为他多年来一直致力于将基因添加到酵母中，使其产生萜烯化合物，其中包括抗疟药物青蒿素，还有气味和调味品。萜烯化合物，就像那些产生松树气味的化合物一样，通常是芳香的

“这项工作建立在我们防治疟疾工作的基础上，”他说。“我们致力于疟疾治疗。现在，这可能是未来疟疾疫苗的佐剂。”

添加八种糖被证明是具有挑战性的，平衡酵母中酶之间未知的相互作用也是如此。所有这些都必须在不中断酵母生长所需的关键代谢途径的情况下完成

Keasling说：“它有八个糖，中间有一个萜类化合物。”我的意思是，它使青蒿素生物合成途径看起来毫无意义。“我很高兴合成生物学已经走到了今天，我们现在可以构建一种产生QS-21这样分子的途径。这证明了该领域在过去二十年中取得了多大的进步。“

他和他的实验室同事在博士后刘的带领下，与英国约翰·英尼斯中心的植物研究人员Anne Osbourn密切合作。Osbourn早些时候梳理出了皂皮树生产天然QS-21所涉及的许多酶促步骤。在过去的五年里，随着Osbourn发现了这一过程中的新步骤，并在烟草植物中进行了测试，Keasling的实验室逐渐将这些新基因添加到酵母中，以复制合成步骤

Keasling说：“这是一次伟大的合作，因为一旦她在通路中获得新的基因，他们就会把它送到我们的路上，我们就会把它放入酵母中。”。“这对她也有好处，因为她得到了一个测试，测试她的烟草化验是否告诉了她正确的事情。”

“从一个糖开始的一切”

Earli