未来学院生物科学家余国良谈疫苗的前世今生

随着新冠肺炎疫情在全球持续扩散,全世界人民对有效的新冠疫苗翘首以盼。成功的疫苗研制需要多长时间?新型冠状病毒疫苗的研发之路走到哪儿了?带着这些疑问,4月19日,硅谷未来学院导师余国良博士走进了直播间,从免疫系统、疫苗的历史、疫苗的多样性和新冠疫苗的研发进展方面给大家生动地科普了“疫苗的前世今生”。余国良博士

著名科学家、企业家、投资人和慈善家

冠科美博公司董事长和全球CEO

美国华人生物医药科技协会创始会长

美国浙江商会会长,全球浙商金奖获得者

美国加州大学伯克利分校博士,哈佛大学医学院博士后

20余家健康产业公司天使投资人

余国良博士于复旦大学取得生物化学学士学位,后前往美国在加州大学伯克利分校攻读分子生物学博士学位,在哈佛大学医学院师从年诺贝尔医学和生理学奖得主ElizabethBlackburn教授,进行博士后研究工作。余国良博士在诺贝尔奖报告上被提及9次。在哈佛大学,他发现了第一个植物抗病基因,并在年参与建立了众所周知的美国人类基因科学公司(HumanGenomeScienceInc.)。作为硅谷未来学院最受欢迎的导师之一,余国良博士经常走入课堂,深入浅出地为硅谷未来学院的企业家学员们介绍生物技术的最新突破和商业方向。他在人类基因的发现和分子生物学的新技术、科研领域都有重大贡献。

免疫系统的抵抗

归根结底人体要抵御病毒的侵害,实际上靠的是自身的免疫系统。疫苗实际上也就是利用自身的免疫系统,让我们有能力来抵抗外来的侵入,不管是病毒、细菌或者其他的微生物。免疫系统是由两个方面组成——先天性免疫系统和后天性免疫系统。什么是先天性免疫系统呢?就是说当我们碰到一些微生物侵略的时候,最前面的两道防线。第1道物理防线包括皮肤、黏膜等组织;第2道防线,我们叫后天免疫,也就是说当我们受到侵害的时候,体内现存的这些防御系统和抵抗能力,包括一些细胞的激活产生的炎症反应,或者产生抗微生物的物质,都是马上发生的对微生物侵略伤害的抵抗。而后天免疫系统实际上是一个非常复杂而且非常完善的一个系统,我们称之为“AdaptiveImmunity”,它是人体的第3道防线。由很多非常特殊的淋巴细胞组成,包括B细胞、T细胞等,而T细胞里面又分为很多其他的种类,如helpt细胞和killert细胞。

从更通俗的角度,先天免疫可以被认为是平时我们在维护社会安定的警察部队。一旦出现了什么问题,警察随叫随到,马上就解决问题。而后天免疫可以被理解成炮兵部队或者是导弹部队,他们需要比较长的时间反应以便更精准地打击。

免疫系统主要是由一系列的免疫系统里的细胞形成,很多细胞一方面是用来修复我们体内的一些损伤,但更多的是如上图用中文字标注的记忆t细胞和记忆b细胞。记忆细胞是在免疫过程的反应阶段产生的,当第2次或者第3次我们再受到侵害的时候,它们的记忆就会被唤醒,然后可以马上激活整个免疫系统,把这些之前见过的病毒和细菌马上给干掉。

疫苗的历史

历史上最早的疫苗可以追溯到北宋时期,公元年左右。当时民间已经知道从天花病毒感染者身上取一些组织,然后把它和其他的药研磨以后再给人接种了,当时称为“种豆”。种了以后,被种过豆的这些人就不太容易再得天花。当然那是古代,当时没有安全性的评价,也没有质量的把控,所以实际上也就是民间流传而已。直到年,一位英国医生爱德华·詹纳注意到很多养牛挤奶的女工会被牛的病毒感染,但是感染了以后就不太容易得天花。他觉得也许牛的病毒可以给人接种,而且因为种牛的病毒在人身上危害不是特别大,5月14日爱德华·詹纳从一个奶场女工手上的牛痘脓胞中取出来的物质给一个八岁的男孩詹姆斯·菲普斯注射。如事先所料,这孩子患了牛痘,但很快就得以恢复。詹纳又给他种天花痘,果不出所料,孩子没有出现天花病症,标志着可以预防天花的牛痘疫苗发明成功。但距离年WTO正式宣布天花病毒在人间被消灭,前后又经历了近年的时间。

知识点:英文疫苗或者做免疫,我们称之为:Vaccination。在拉丁文和西班牙语里面,Vac是牛的意思,因为第1个疫苗是从牛而来的。

另外一位对疫苗研发做了非常大贡献的是法国的细菌学家和化学家巴斯特,通过两个感染了狂犬病毒的小男孩,验证了狂犬病疫苗的成功。他发明的狂犬病的疫苗,到今天仍被广泛使用。从年到年,其实我们人类取得了非常大的成就,多个危害了人类几百年的病毒,被我们给消灭掉了。正如下图所示,红线右边有绿杠的说明这个疾病能彻底通过疫苗给治愈的。然而包括艾滋病、疟疾、结核病在内的一些疾病,我们到现在还是没有能力做出疫苗,尚处于研发状态。

疫苗的多样性

那么疫苗本身需要有哪些特征?首先疫苗的功能是需要有长期记忆,而长期的记忆是可以通过人为的方法来激活。起初我们是用一个抗原(细菌或者病毒)的整体来刺激免疫反应,但是慢慢我们发现只需要用一个抗原的片段就能刺激免疫反应。非常重要的一点是,既然是疫苗,我们是不能让其伤害到我们人体的,也就是说疫苗不能引起疾病。所以疫苗的一大特点就是“特异性”,指针对某一种病毒的疫苗只能针对这种病毒,很难去针对其他的病毒。举例来说,大家每年都打流感疫苗,每年的流感的类型是不一样的,所以每年都要重新去生产那一年流感病毒的疫苗。迄今为止,疫苗对整个人类的健康系统起了非常大的作用,比其他所有的药加起来起的作用还要大。这张表对国内的家长而言一定不陌生。新生儿一出生就需要按时间接种各类疫苗,保证宝宝能够健康生长,不受这些疾病的伤害。

知识点:生物学概念“中心法则(geneticcentraldogma)”:指遗传信息从DNA传递给RNA,再从RNA传递给蛋白质的转录和翻译的过程,以及遗传信息从DNA传递给DNA的复制过程。这是所有有细胞结构的生物所遵循的法则。

通俗地理解,可以把打疫苗想象成对我们的免疫系统进行一次军事演习。既然是军事演习就需要有假想敌,在这里我们称之为“替身”。通常是灭活的病毒或细菌。就是把病毒或细菌弄死以后再打到人身体里面,然后看人体的免疫反应。但是灭活疫苗往往效果不是特别好,为什么?因为死掉的这些细菌病毒的结构和形式往往是有所变化,所以免疫系统识别的不是真正的敌人,而是变了形的敌人。那么慢慢的科学界就说我们既然灭活的疫苗不好用,我们另寻一个半死不活的进行提升。指的是病毒或细菌还有点活力,但是已经对我们人没有杀伤力,之前提及的牛痘病毒实际上属于这个范畴,它有一定的活性,但是也是以前用的比较多。然后随着我们生物技术的发展,大家慢慢发现实际上免疫系统只是识别病毒细菌上的某个蛋白的片段,那么一旦我们找到了这个片段,就可以体外大规模的生产片段,然后把它打到人体内,免疫系统会以为病毒或者细菌来了,同样能够达到产生非常好的免疫激活的作用。然而大家不久就发现大规模的生产蛋白质,成本会很高,而疫苗的目的是为了让大众都用得起,因此还不如直接就把核酸DNA或RNA里的遗传物质直接放到人体细胞内。那么细胞看到这些遗传物质,会以为是自己的,就会运用自身的生成机制把蛋白生产出来,同样能够起到作用。问题这些核酸怎么进入人体细胞,就牵涉到病毒载体。现在最先进的应该是认为叫mRNA疫苗。

知识点:mRNA是由DNA的一条链作为模板转录而来的、携带遗传信息的能指导蛋白质合成的一类单链核糖核酸。

据统计,开发一个疫苗至少平均要12年到15年,花费5亿到10亿美金。然而事实上,有些病毒一直在变化,对人体的某些细胞的专业性特别强,越来越“聪明”,有些疫苗历经上百年都没有研制成功。另一方面考虑到经济因素,研发疫苗的投入大周期长,研制出来了以后疫情可能就没了,厂家冒着血本无归的风险。所以往往很多疫苗是由政府买单和推动。疫苗的生产流程是非常复杂,一点都不逊于重组蛋白(抗体类的药物生产流程)。生产涉及多个环节,需要非常重的资产投入,非常严谨的高端技术人操作。其中最关键的问题在于疫苗的质量把控。通常生产一个疫苗要6-36个月,像流感疫苗的话必须在6个月内生产出来,否则这一年就过去了。有的疫苗生产过程会相对更久一点。生产过程中70%的时间是在做质量监控,可见质量在生产过程当中是至关重要的。而一旦质量把控不好,会出现什么情况?这些疫苗的公众事件经媒体曝光曾引发民众极大的


转载请注明:http://www.tuokoux.com/rmlby/4858.html