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Nature Chemical Biology|通過酵母中的自主超突變快速產生有效抗體

01-17

AHEAD可以實現抗體在酵母傳代過程中的自突變,在短短兩周內實現親和力成熟。此技術的進一步成熟以及商業化也許可以促進抗體藥物發現進程,加速抗體研發效率降低實驗成本。

    AHEAD可以實現抗體在酵母傳代過程中的自突變,在短短兩周內實現親和力成熟。此技術的進一步成熟以及商業化也許可以促進抗體藥物發現進程,加速抗體研發效率降低實驗成本。



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技術解讀

構建酵母超突變系統

    增加獨立于正常DNA復制體系的OrthoRep模塊,其中關鍵在于正交易錯DNA聚合酶會復制一個特殊的細胞質質粒P1,其突變率比正常的DNA聚合酶高100000倍。當納米抗體片段在P1上編碼時會隨著酵母的不斷傳代穩定產生突變。這套胞內超突變系統可以在短時間內建立超大文庫。

構建酵母展示篩選系統

    將納米抗體基因放在Aga2融合多肽的N末端,之后分泌表達并展示在酵母表面。注:作者通過引入新的P1載體的特異性啟動子,使用更強的分泌前導并在納米抗體下游加入一個多聚腺苷,將納米抗體的表面展示水平提高了約25倍。整體的篩選流程只需要在酵母培養與FACS之間循環即可進行快速篩選。


應用案例

使用AHEAD進化SARS-CoV-2抗體

    如上圖,經過AHEAD 3~8個循環后,8個弱親和力的抗體均進化得到了更高親和力的多突變納米抗體,最高提升約580倍,得到最高親和力Kd=0.72nM。經過中和SARS-CoV-2假病毒實驗驗證其中大多數具有優秀的病毒中和能力,最大抑制濃度IC50=0.52nM。




優點

1. 相對于傳統抗體發現技術與篩選技術,AHEAD在效率與成本上體現出明顯的優勢。

2.超高的庫容量可以對更大的序列空間進行搜索。

3.可以將一個文庫作為起始進行突變并且進行高通量篩選,從而探索更多的進化路線。


缺點

1.可能會在載體上非抗體部分引入突變從而降低篩選效率。

2.不能在特定的CDR區進行突變,雖然可以發現在非CDR區的部分突變組合可以提高親和力,但同時也會增加可成藥性的風險。


思考

1.也許這套系統會更加適合其他蛋白質的定向進化,如酶改造、細胞因子改造、de novo小蛋白親和力成熟等。

2.關于納米抗體篩選中的成藥性風險也許可以結合AI模型來解決,當然科學且嚴謹的臨床前實驗才是檢驗真理的唯一標準。

3.這套系統的超突變方法與高通量篩選方法還有進一步優化的空間


    在藥物發現的過程中,各種先進有效的手段被用來探索更多的可能性,我們堅信這些新技術的融合會徹底并深刻地改變藥物發現的進程。未來AIBIOROBOTS會專注在AI、生物藥、自動化實驗領域分享更多有趣的內容。關于AHEAD后續會有進一步的硬核技術分享。


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