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  [] [가짜 바이러스는 최고의 백신] MIT 팀은 백신 설계의 법칙을 조사하기 위해 바이러스와 유사한 DNA 구조를 체계적으로 구축하는 방법을 설명했다. 결과를 종합하여 저자들은 최적의 B세포 활성화, 즉 HIV에 대한 항체 반응을 자극하는 최고의 유형의 가짜 바이러스에 대한   게시글을 twitter로 보내기 게시글을 facebook으로 보내기 게시글을 카카오스토리로 보내기
write date : 2020-07-09 09:44:43   

[가짜 바이러스는 최고의 백신] MIT 팀은 백신 설계의 법칙을 조사하기 위해 바이러스와 유사한 DNA 구조를 체계적으로 구축하는 방법을 설명했다. 결과를 종합하여 저자들은 최적의 B세포 활성화, 즉 HIV에 대한 항체 반응을 자극하는 최고의 유형의 가짜 바이러스에 대한 새로운 모델을 제시했다. 플랫폼 기술을 사용하면 다른 유형의 바이러스에서 다른 서브 유니트 항원과 펩타이드를 쉽게 교체하여 잠재적으로 백신으로 기능할 수 있는지 테스트할 수 있다.

▲ 이미지 출처: Colin Behrens

대략 15년 전, 장난처럼 보이는 한 쌍의 웃는 얼굴이 세계 최고의 과학 저널 중 하나인 Nature의 표지를 장식했다. 오늘을 향해 전진하라. 이 웃는 얼굴은 코로나19 전염병이나 미래에 숨어있는 다른 바이러스로부터 우리를 구하는 데 핵심이 될 수 있다.

 

웃는 얼굴은 DNA(생명 코드가 쓰여진 생물학적 하드웨어)를 생체 분자 기계에 접는 방법인 DNA 종이접기의 초기 사례였다. 이러한 나노 구조는 현미경으로 유명한 이미지를 만드는 것 이상을 할 수 있다. 천연 바이러스와 유사한 3D 형태로 접으면 면역 시스템을 안전하게 훈련시켜 실제 공격을 할 수 있는 항체를 만드는 완벽한 트로이 목마가 된다. , DNA 종이접기는 차세대 고효율 디자이너 백신을 만드는 데 도움이 될 수 있다.

 

이번 달 Nature Nanotechnology에 게재된 논문에서 MIT Darrell Irvine 박사와 Mark Bathe 박사가 이끄는 팀은 백신 설계의 법칙을 조사하기 위해 바이러스와 유사한 DNA 구조를 체계적으로 구축하는 방법을 설명했다. 연구팀은 일반적으로 HIV 바이러스의 표면에 점을 찍는 단백질로 DNA 종이접기 나노 입자를 코팅함으로써 "항원"이라고 불리는 바이러스 성 단백질이 어떻게 면역 반응을 더 잘 자극하고 더 강한 백신을 만들도록 배열되어야 하는지에 대해 연구했다.

 

최고의 맛을 내기 위해 머핀에 블루베리를 놓을 곳을 찾는 것과 같다. 그러나 이 경우 "머핀"은 합성 DNA로 만들어진 3D, 20면의 다이이며, 블루베리는 바이러스 항원(면역계를 유발하는 것들)이 튀어나온 가닥이다.

 

처음에는 HIV에 중점을 두었지만 팀은 코로나19를 일으키는 바이러스인 SARS-CoV-2로 빠르게 선회하고 있다. DNA 종이접기는 결정적인 통찰력을 제공했다고 팀은 말했다. Irvine 이 연구에서 시작된 대략적인 설계 규칙은 일반적으로 질병 항원과 질병에 적용할 수 있어야한다고 덧붙였다.

   

DN-Ori-뭐라고?

생의학 세계에서 DNA는 이상하게 양극성이다. 한편으로는 삶의 청사진으로서 매우 중요하다. 다른 한편으로, 그것은 전기적으로, 화학적으로 또는 광학적으로 활동적이지 않은 튼튼하고 지루한 분자이다. 물론 장기적이고 컴팩트 한 데이터 스토리지에 적합하다. 그러나 다른 모든 것? 겉보기에는 부적당하다. 

적어도 Nadrian Seeman박사가 나올 때까지 그것은 일반적인 합의였다. 뉴욕대학의 화학 교수인 Seeman 1980년대에 DNA가 정확하고 반복 가능한 나노 구조로 자가 조립하는 능력을 활용할 수 있다는 것을 깨달았다. 그가 필요로 하는 것은 자연스럽거나 합성된 길고 2차원적인 체인이었고, 체인은 우리 몸의 이중 나선으로 접히는 것과 비슷하게 자동으로 접혀져야 한다.

 

그 통찰력의 불꽃은 DNA 종이접기 분야를 불태웠다. 종이접기의 일본 전통 예술의 이름을 딴 종이접기는우리가 원하는 모양으로 접을 수 있는 단순한 물체(가능성이 있는 종이 한 장)로 시작한다는 생각을 불러 일으킨다.”고 나노테크 전자 및 포토닉스 기술을 사용하는 Caltech Paul Rothemund 박사는 말했다.

 

Seeman의 혁신적인 아이디어 이후, 과학자들은 눈부신 다양성의 DNA 나노머신을 만드는 법을 배웠다. 과학자들은 DNA를 복잡한 형태로 수동으로 접는 대신 자기 조립을 원하는 구조(: 웃는 얼굴 또는 20면 다이)로 만드는 계획된 분자 시퀀스를 구성할 수 있다. 이러한 “살아 있는” 구조는 단백질을 찾아내어 포획할 수 있으므로 단백질의 작동 방식을 이해한다. 또한 약물을 전달하거나 생체 분자가 전통적인 계산을 수행하는 생물학적회로 보드역할을 할 수 있다.

 

그러나 이러한 모든 가능성 중에서도 특히 주목할 만한 것은 바이러스 코어의 크기와 모양을 모방한 접힌 DNA 나노 입자이다. 이 코어는 면역 반응을 유발하기 위해 항원으로 점을 찍을 수 있다. , 생명의 규범은 이제 본 규범의 단백질 후손을 훈련시키기 위해 본격적인 바이러스 적으로 위장 할 수 있다.

  

DNA 트로이 목마

바이러스는 치명적이지만 생물학적으로 단순하다. 일반적으로 두 가지 주요 구성 요소만 있다. 하나는 유전자코드(DNA 또는 RNA 가닥)와 바이러스가 세포를 복제하는 데 도움이 되는 외부 단백질 층이다. 핀 쿠션을 그리고 핀을 항원 단백질로 교체하면 거의 다 왔다 

그러나 바이러스가 면역계와 상호 작용하는 방식은 훨씬 더 복잡하다. 일반적으로, 항원 "" B세포라 불리는 일종의 면역세포의 주목을 끌며, 이는 항체의 생산을 촉발시킨다. 몸 전체에 방출되는 이 항체는 바이러스를 중화시키고 우리를 감염으로부터 보호한다. 따라서 항원 "" B세포 간의 상호 작용을 최적화하는 것은 실제로 작동하는 백신을 만드는 데 중요하다.

 

여기에 DNA 종이접기가 들어온다.

 

생 바이러스 또는 치명적이지 않은 바이러스를 사용하는 대신 DNA 나노 입자를 사용하여 바이러스를 시뮬레이션 할 수 있다. 2016년에 Bathe의 실험실은 DNA에서 바이러스 같은 3D 모양을 일관되게 구축하는 알고리즘을 개발했다. 더 나은 방법으로, 이러한 기본 모양에 부착물 고정 장치를 설계할 수 있어 다양한 바이러스 구조로 쉽게 플레이하고 이러한 구조적 변화가 B세포 반응을 어떻게 변화시키는지 확인할 수 있다.

 

Bathe 박사는“DNA 구조는 항원이 어느 위치 에나 부착될 수 있는 페그 보드와 같다고 말했다. 다른 연구자들은 이전에 바이러스 코어를 모방하기 위해 단백질이나 폴리머를 사용해 보았지만, 그 재료의 특성으로 인해 바이러스 성 단백질 배치의 범위가 제한적이라고 설명했다. DNA 종이접기는 강력한 항체 공격을 유발하는 원인을 이해하는 좋은 방법이다.

  

백신에 대한 새로운 규칙

개념 증명으로서, 이 팀은 처음에는 20면체 형태로 자체 접히는 DNA 가닥을 20 면체라고도 했다. D&D 농담은 제쳐 두고, 나노 입자의 모양과 크기는 대부분의 바이러스 크기를 완벽하게 모방했다. 짧은 부유식 부착 앵커는 문어의 팔과 같이 주사위에서 나왔으며 각각 항원 단백질에 화학적으로 융합되었다. 

연구진은 DNA 나노 입자에서 앵커의 위치와 밀도를 변경함으로써 B세포를 가장 효과적으로 유발한 항원 패턴을 항체-스파잉 작용으로 체계적으로 테스트할 수 있었다.

 

연구팀은 먼저 HIV 입자에 흩어져 있는 단백질인 gp120에 다양한 밀도와 거리에서 나노 입자의 앵커에 태그를 달았다. 따라서 그들은 다양한 유사-HIV 입자를 만들었다. 일부는 덜 강력하고 다른 것은 훨씬 더 지옥이다. 저자에 따르면, 전통적인 백신 제조 전략은 가능한 한 많은 gp120 단백질을 가짜 바이러스에 쌓는 것이다. 결국 면역계에 대한 단백질 표적이 많을수록 항체 반응이 좋아진다.

 

놀랍게도 아니다. 몇 가지 실험에 따르면 항상 더 좋은 것은 아니다. DNA 나노 입자 표면 전체에 항원을 채우는 것이 최상의 반응을 유발하지 않았다. 대신, 앵커 사이의 거리를 넓히면 실제로 면역 반응이 증가했다.

 

우리의 면역 B세포가 각각의 바이러스 항원을 잡을 공간이 필요하기 때문이라고 저자들은 설명했다. 너무 꽉 채워져 있으면 B세포가 짜질 수 없다.

  

합리적인 백신 디자인을 향한 길

결과를 종합하여 저자들은 최적의 B세포 활성화,  HIV에 대한 항체 반응을 자극하는 최고의 유형의 가짜 바이러스에 대한 새로운 모델을 제시했다. 예를 들어, DNA 종이접기 입자는 표면에 5개 이상의 항원 단백질이 필요하지만 항원도 약간 분리해야 한다. 그리고 플로피 앵커보다는 단단한 앵커를 사용하여 항원을 나노 입자에 부착하는 것이 좋다 

이 연구는 HIV를 예로 사용했지만 시스템은 다른 적인 SARS-CoV-2를 조사할 준비가 되었다. "플랫폼 기술을 사용하면 다른 유형의 바이러스에서 다른 서브 유니트 항원과 펩타이드를 쉽게 교체하여 잠재적으로 백신으로 기능할 수 있는지 테스트할 수 있다."라고 Bathe가 말했다.

 

긍정적인 사례가 미국 남서부에서 다시 급증함에 따라 더 나은 백신 설계를 기대하기 위해 새로운 코로나 바이러스를 모방하기 위해 DNA 나노머신을 빠르게 선회하고 있다. DNA 종이접기는 그 이름을 딴 것과 같이 이제 끝없는 가능성 중 하나를 살고 있다.

 


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