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我科学家通过高分辨原子结构揭示口蹄疫病毒中和抗体的抗病毒机制

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  近日,中国农业科学院兰州兽医研究所口蹄疫防控技术团队联合中国科学院生物物理研究所和荷兰瓦赫宁根生物兽医研究所等单位的科研团队,突破了病毒抗体复合物三维结构的分辨率难以提高的瓶颈,首次通过高分辨(~3.1 Å)原子结构揭示了口蹄疫病毒中和抗体的抗病毒机制,为口蹄疫广谱疫苗设计及口蹄疫疫苗质量监测提供理论指导和重要生物材料。相关研究成果在线发表在《蛋白质与细胞(Protein and Cell)》杂志。

  

  据兰州兽医研究所口蹄疫防控技术团队首席郭慧琛研究员介绍,口蹄疫作为我国必须上报的动物烈性传染病,威胁着畜牧业的健康可持续发展。灭活疫苗目前仍是防控口蹄疫的有效手段之一,但灭活疫苗中口蹄疫病毒的有效抗原(146S)含量是决定疫苗质量的关键,如何建立高敏感、高特异的疫苗评价体系是当前的重点之一;另外,口蹄疫病毒七种血清型之间缺乏交叉保护性,如何获得针对多种口蹄疫血清型的广谱性疫苗也是当前口蹄疫研究重点,而口蹄疫病毒特异中和性抗体则是解决以上科学问题的最佳选择。

  研究团队首先通过体内、体外试验证实,两株口蹄疫特异抗体具有高效中和活性,其中M8抗体具有针对多种口蹄疫血清型的广谱中和效果,而M170抗体则具有特异识别O型口蹄疫病毒(146S)的中和特性。随后采用低温冷冻电镜单颗粒重构技术,解析了两株中和性抗体与口蹄疫病毒复合物的高分辨三维结构,通过分子结构及多序列比对分析,确定M8中和性抗体结合在病毒衣壳蛋白单体分子GH-loop和EF-loop区域,特异识别由VP1和VP3共同组成的空间构象表位,而该表位在口蹄疫病毒七种血清型中极其保守,说明该抗体具有广谱识别特性,这对于获得口蹄疫广谱防控制剂具有极其重要的参考价值; M170中和抗体特异结合于O型口蹄疫病毒衣壳二次轴附近,因衣壳裂解会引起二次轴附近氨基酸重排,从而导致M170无法识别完整病毒粒子(146S)裂解产生的12S单体,说明该抗体具有O型口蹄疫病毒146S识别特性,这可为当前口蹄疫灭活疫苗质量评价体系的建立提供非常有效的工具。该研究是截至目前唯一以高分辨率阐释口蹄疫病毒中和机制的创新性研究成果。

  该研究得到国家重点研发计划、国家自然科学基金、中国农业科学院科技创新工程等项目的共同资助。(通讯员 郭海霞)

  相关论文信息: http://doi.org/10.1007/s13238-021-00828-9

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