由加州理工学院领导的一项新研究发现了多种对抗COVID-19病毒的抗体，并确定了那些最能有效中和该病毒的抗体。抗体是机体对感染作出反应而产生的蛋白质。最终，我们希望本研究中描述的强效抗体能够用于COVID-19的治疗或预防。
这项研究是由克里斯托弗·巴恩斯领导的，他是生物和生物工程的高级博士后研究员，也是霍华德·休斯医学研究所的汉纳·格雷研究员。这项研究是在帕梅拉·比约克曼的实验室中进行的，他是大卫·巴尔的摩的生物学和生物工程教授，使用了加州理工学院的低温电子显微镜和蛋白质表达设备。一篇描述这项研究的论文发表在《自然》杂志上。
一个人可以产生成百上千种不同的抗体来对抗任何病原体或外来物质，包括病毒，从而在一个人和人群中产生各种各样的抗体。有些抗体比其他抗体更能阻止病毒。想想一名拳击手与对手交锋的多种方式:一拳打在脸上比瞥一眼腿更有可能击倒对手。当一种抗体有效地使病毒无法感染细胞——也就是消灭它——它被称为"中和
理想的治疗方法是混合服用或鸡尾酒。不同的抗体以不同但仍然有效的方式攻击病毒，"说巴恩斯。有了抗体的组合，病毒就不太可能进化出逃避它们
自COVID-19大流行开始以来，Barnes和Bjorkman一直在研究从疾病中恢复的个体的抗体，以寻找最具有中和作用的抗体。他们利用结构生物学技术对SARS-CoV-2蛋白和单个抗体之间的相互作用进行成像。
每一个SARS-CoV-2病毒个体的表面都有大而尖的蛋白质结构，在横截面上，使其看起来像一个带有光线的卡通太阳("corona,"在拉丁语中是"冠的意思，"也是从太阳向外扩散的一缕缕等离子的科学术语)。在这些所谓的刺突蛋白的顶端是一个由蛋白质区域组成的三脚架，每个区域称为受体结合域(RBD)。RBD可以从突波上的"down"位点翻转到"up"位点，从而揭示了一个被称为受体结合基序的隐藏位点。
SARS-CoV-2锁定在人体细胞上的靶点被称为血管紧张素转换酶2 (ACE2)受体。正常情况下，这种细胞表面受体的功能是调节血压，但SARS-CoV-2选择它作为进入肺和其他器官细胞的一种手段。受体结合基序就像一个抓钩，抓住ACE2受体。
一旦病毒附着在细胞上，它就会与细胞的膜融合并侵入细胞，把受感染的细胞变成制造新病毒的工厂。因此，一种能够通过不同机制阻断受体结合基序或阻止融合的抗体将非常有效地阻止病毒进入细胞。
图示了针对RBD(灰色表面)的不同类别SARS-CoV-2中和抗体的结合区域。说明了针对RBD(灰色表面)的不同类别SARS-CoV-2中和抗体的结合区域的Lightbox 
模式。下载完整图片巴恩斯和他的团队的目标是发现抗体如何在开放构象(RBD "up")和封闭构象(RBD "down")中与spike RBDs相互作用。在此前发表于《细胞》(Cell)杂志的一篇论文中，他们与洛克菲勒大学(Rockefeller University)的米歇尔•努森茨威格(Michel Nussenzweig)的实验室合作，研究从COVID-19患者身上收集的个体抗体(所谓的单克隆抗体)。利用他们的合作者在洛克菲勒发现的一组单克隆抗体，加州理工学院的研究小组使用显微镜技术，这种技术能够以单原子分辨率为蛋白质成像，从而精确地发现各种抗体与SARS-CoV-2尖峰蛋白结合的位置。
在他们最新的论文中，巴恩斯与Bjorkman实验室的研究生和加州理工学院其他实验室的显微镜专家一起快速解决了8个新的结构，这些结构展示了对抗SARS-CoV-2的中和抗体是如何阻断spike蛋白上的RBDs以阻止病毒进入细胞的。他们发现了多种识别模式:一些抗体与三个"up" RBDs结合，一些抗体同时与"up"和"down" RBDs结合，还有一些抗体仅与"down" RBDs结合。
通过对这些结构的分析，研究小组提出了四类抗RBD抗体，这些抗体是结合了"up、"down、"还是同时结合了RBD构像;它们的结合是否与ACE2的结合位点重叠;以及其他标准，如它们的效力和来自特定抗体基因家族的来源。从这些结构中，研究人员提出了不同的病毒中和机制。
例如，他们发现了一种特别有趣的抗体，它能同时与邻近的RBDs结合，将三个RBDs夹在"down"的位置上，从而使尖刺形成一种无法打开的结构，从而暴露出"抓钩
" Bjorkman说:“首先，我想说我非常高兴看到我们实验室和其他加州理工实验室在研究这些抗体方面的高水平合作。"我们认为这些结构有助于选择最有效的单克隆抗体组合，用于治疗COVID-19或预防高危人群的病毒感染
此外，她补充说，了解这些抗体的结构有助于设计与RBDs结合更紧密的抗体，从而提高它们的功效并降低治疗所需的剂量。最后，定位这些抗体结合的位置是疫苗结构设计的必要信息，以引出最有效的中和抗体。"
"大学五年级研究生、该论文的第二作者克劳迪娅·杰特说:“能有机会参与一个与影响全世界的健康危机密切相关的项目，真是太好了。”这也是我参与过的最具合作性的项目。事情进展得很快，每个人都超越自己去完成工作，尤其是克里斯托弗，他是这个项目的领导。能够和我的"实验室里的优秀人员一起从事这样的工作，我感到非常高兴
"说:“我们的工作为未来从患者身上提取中和抗体的研究提供了基础。”"与洛克菲勒的团队合作，我们正在研究从同一捐赠者分离的抗体的时间变化特征。我们希望未来的工作将有助于我们理解长期预防SARS-CoV-2感染的潜力
这篇论文的题目是"SARS-CoV-2中和抗体结构告知治疗策略。巴恩斯是这篇论文的主要作者。加州理工学院的其他合著者有研究生摩根·艾伯纳西、金-玛丽·达姆、香农·埃斯温;研究科学家哈里·格里森克(博士，15岁);电子显微镜实验室经理Andrey Malyutin;化学博士后学者Naima Sharaf;研究技术人员Kathryn Huey-Tubman和Yu Lee;以及专业人员Anthony P. West, Jr.(博士，98)。洛克菲勒大学的Davide Robbiani和Michel Nussenzweig也是合著者。资金由美国国立卫生研究院、加州理工学院Merkin转化研究学院和乔治梅森大学Fast基金提供。
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