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英國《經濟學人》周刊網站8月7日發表文章稱，新技術讓疫苗比病毒更快進化。全文摘編如下：

一般來說，免疫系統只對已經感染了其所保護的身體的病原體產生反應。但是，科學可以通過接種疫苗縮短獲得免疫的路徑。這涉及向免疫系統提供危險病原體的無害版或相似版，使其可以在發生任何實際感染之前產生能夠攻擊病原體的抗體和殺傷細胞，從而降低危險。

然而，就像免疫反應本身一樣，疫苗接種通常必須等到相關病原體出現才能發揮作用。因此，病原體到達現場和部署針對其的疫苗之間存在延遲。這種延遲會令我們付出生命的代價。即使在推動了世界上有史以來最快的疫苗開發計劃的新冠肺炎案例中，據估計，到2020年底發達國家開始接種疫苗時，已有數百萬人死亡。

精確預測病毒進化

但是，正如疫苗接種為免疫系統引入與其有空間距離的病原體一樣，在當前新冠大流行期間脫穎而出的新技術提供了為免疫系統引入與其有時間距離的病原體的可能性——即尚未進化但將來可能會進化的病原體。因為高通量基因測序技術和現代機器學習的結合，現在不僅可以觀察病毒的哪些變種正在傳播，而且還可以就它們可能會如何變化提出建議。以這種方式了解病毒在未來數月和數年可能會是什么樣子，可以為設計疫苗和治療方法的人提供幫助，使他們能夠更快地完善更多的免疫系統，從而減少死亡人數。

這些預測的起點是位于美國西雅圖的弗雷德·哈欽森癌癥研究中心的杰西·布盧姆的實驗室正在進行的工作。這位病毒學家及其同事在培養皿中培養出新冠病毒刺突蛋白（新冠病毒用于將自身附著在其即將感染的細胞上的分子）的變體。然后他們掃描這些變體以辨別哪些突變有何種影響。

他們把這一技術命名為“深度突變掃描”技術。它利用一系列經過基因改造的酵母細胞來表達名為受體結合域（rbd）的刺突蛋白的片段。當酵母細胞大量生產rbd時，由于其生產中固有的錯誤，許多結構與原始野生型病毒結構略有不同的rbd出現了。布盧姆的團隊隨后測試了每個酵母細胞的rbd，以了解其與血管緊張素轉化酶2（ACE2）結合的緊密程度。ACE2是在某些人類細胞表面發現的受體蛋白，新冠病毒在進入這些細胞之前會附著在其上。研究人員對緊密結合的rbd的底層基因組進行了測序，以確定存在哪些突變。

布盧姆的團隊2020年夏天進行這項掃描時，在來自一個當時正在傳播的新冠病毒版本的刺突上，他們發現了一種名為n501y的突變，這種突變似乎帶來了結合優勢。幾個月后，這種突變出現在阿爾法變體中，該變體幾個月內在世界大部分地區占據主導地位。布盧姆說，要說他和同事們預測了n501y的出現“是過獎了”。它絕不會是唯一出現的突變。但即便如此，專注于一組有限的突變也有助于縮小研究領域。

總部位于美國波士頓的旗艦77實驗室公司（FL77）利用了這一研究成果，直到最近其研發工作一直在秘密進行。FL77是“旗艦先鋒”公司的拆分公司，后者是風險投資家薩努巴爾·阿費揚運營的生物技術孵化器。幫助加快了新冠病毒疫苗生產的基于信使核糖核酸（信使RNA）技術的開拓者莫德納公司也隸屬于“旗艦先鋒”公司，阿費揚是該公司董事長。

科學價值日益顯現

FL77的研究人員正試圖將布盧姆收集的實驗數據與計算相結合，以預測病毒可能會如何進化。這些信息可用于預先開發疫苗和治療性抗體。布盧姆的實驗室僅預測了單一突變的變化，而FL77目前可以管理五六個突變。這家公司稱其系統為“全球病原體防護盾”。相關細節仍然處于保密中，但這家公司在6月份發表了一篇概述項目目標的論文。論文描述了與病毒進化保持同步涉及的挑戰的規模，即生物學是如此多樣，因此即使查看一小部分可能的突變也會導致問題迅速超出觀察的合理范圍，達到計算和分類構成地球的所有原子的程度。

對于這種巨大的困難，常規的反應是觀察而非實驗。世界衛生組織的全球流感監測和應對系統就是這樣應對流感的。它監測南半球冬季時哪些病毒在那里傳播，以便將注意力集中于哪些相關毒株將在下一個北半球冬季出現，反之亦然。在新冠疫情期間，Nextstrain和流感數據共享全球倡議等組織以類似的方式跟蹤新冠病毒的變異。

FL77的目標是更進一步——不僅追蹤病毒的哪一個變體在哪里出現，而且預測其將如何進化。它通過將來自布盧姆的深度突變掃描升級版的數據輸入一個名為Octavia的軟件來實現這一目標，這個升級版可以對100萬至1000萬個突變進行分析。

Octavia的工作是識別培養皿數據中的模式，例如，在數百萬種突變中，哪一種傾向于導致更緊密的結合，以及哪一種導致抗體的中和作用較差。這就可以預測哪些突變會擊敗抗體，哪些突變會更容易傳播。這篇論文說，無論是通過疫苗接種還是通過制造抗體蛋白本身，“這使得定義一個保護性抗體庫成為可能”。FL77稱之為“抗體網”。

布盧姆是FL77的顧問，并擁有深度突變掃描技術的專利。他說，隨著信使RNA疫苗的發展，這類預測的價值已經變得清晰。這使得疫苗的制造不僅加快，其更新也更快。其制造過程從免疫系統要攻擊的病毒蛋白質的基因開始，到編碼這一特定蛋白質的RNA鏈結束。

在新冠疫苗中，存在問題的蛋白質是刺突蛋白。為了把預測的刺突蛋白變體考慮在內的疫苗更新，僅僅是在生產過程之初插入相關遺傳密碼的問題。至少，這樣的預測可以使候選疫苗庫隨時準備就緒，以應對快速生產。FL77最有野心的設想是給人們接種一種尚未傳播但很有可能傳播的病原體變種。

加快疫苗研發速度

深度突變掃描可能還有其他用途。位于美國紐約的洛克菲勒大學的免疫學家加布里埃爾·維克托勞認為，以這種方式預測一種病原體的進化不僅有助于設計抗體和疫苗，而且對于發現病毒變化很小的部分以及令抗體瞄準這一因此可靠的靶標也有幫助。

然而，這很困難。任何給定的蛋白質片段的形態都取決于其所在的分子的其余部分。但是，對于免疫系統來說，為了識別敵人，靶標的形態是其需要了解的一個關鍵特征。因此，雖然像FL77這樣的預測方法可能能發現不大可能改變的病毒蛋白質的片段，但讓免疫系統專門看到它們卻很困難，因為把一個分離的蛋白質片段表達成與它是一個更大結構一部分時相同的形態是很棘手的。

一種“蠻力”方法是向免疫系統展示所有可能在未來出現的蛋白質結構，這樣它就能制造針對這些結構的抗體。維克托勞說，免疫系統掌握病原體信息能力的極限尚屬未知。如果免疫系統優先對預測的變異蛋白質中的一些產生抗體而對另一些不產生抗體，這種方法就可能出問題。

季節性流感疫苗已經在努力解決這個問題，用預測到將在冬季傳播的病毒毒株的信息更新免疫系統。即使在接種疫苗后，免疫系統也會產生對抗舊病毒的抗體。尚不清楚更新后的信使RNA疫苗是否會發生同樣的情況。

沒有任何項目能夠預測可能感染人類的所有病原體的演變。但對于那些已知會造成威脅的病原體來說，Octavia這樣的系統可能能夠看到足夠遠的未來，從而令人類獲益。布盧姆說：“我們不需要任意地預測，我們不需要預測10年的突變，我們只需在我們現有研究的范圍內預測五六個突變，這就足夠了。”

FL77已經在這樣做了。這家公司最激進的愿景是對尚未出現的病原體變體和菌株進行疫苗接種，距離這一天真正到來還有一段路要走。通過規劃免疫系統來保護人們免受未來病原體的侵害，而不僅僅是那些已經在傳播的病原體，這將是疫苗接種意義、目的和倫理的根本性轉變。但即使沒有實現這一點，病原體預測應該不久就能夠加快現有的各種疫苗接種計劃。疫苗研發速度的每一次提升，都意味著成千上萬的生命得以挽救。