当全世界都在等待疫苗来控制COVID-19的大流行时，加州大学旧金山分校的科学家们已经设计出了一种新的方法来阻止导致这种疾病的SARS-CoV-2病毒的传播。
在加州大学旧金山分校研究生MichaelSchoof的带领下，一个研究小组设计了一种完全合成的、可生产的分子，它可以限制关键的SARS-CoV-2机制，这种机制使病毒感染我们的细胞。
据一篇新论文报道，使用活病毒进行的实验表明，这种分子是迄今为止发现的最有效的SARS-CoV-2抗病毒药物之一。该论文现可在预印本服务器bioRxiv上获得。
在一种被研究人员称为“AeroNabs”的气雾剂中，这些分子可以通过鼻腔喷雾剂或吸入器自行给药。
每天使用一次，AeroNabs可以提供强大、可靠的抗SARS-CoV-2保护，直到疫苗出现。
该研究团队正在与商业伙伴积极讨论，以加强AeroNabs的生产和临床测试。
如果这些测试成功，科学家们的目标是让AeroNabs作为预防和治疗COVID-19的一种廉价的非处方药物广泛使用。
“我们认为AeroNabs是一种分子形式的个人防护装备，可以作为一种重要的权宜之计，它比可穿戴式的个人防护装备有效得多，直到新冠疫苗提供更持久的解决方案。”AeroNabs的共同发明人、加州大学旧金山分校生物化学和生物物理学教授、霍华德·休斯医学研究所研究员彼得·沃尔特(Peter Walter)说。
Walter还说，对于那些无法获得或对SARS-CoV-2疫苗没有反应的人来说，AeroNabs可能是对抗COVID-19的一道更持久的防线。
“我们集合了一个令人难以置信的团队，有才华的生物化学家、细胞生物学家、病毒学家和结构生物学家，让这个项目在短短几个月内从开始到结束，”Schoof说，他是沃尔特实验室的成员，也是AeroNabs的共同发明人。
尽管完全是在实验室中设计的，但AeroNabs的灵感来自于纳米抗体，纳米体是一种天然存在于大羊驼、骆驼和相关动物体内的类抗体免疫蛋白。
自20世纪80年代末在比利时的一个实验室发现纳米抗体以来，纳米抗体的独特特性引起了全世界科学家的兴趣。
“尽管他们功能很像人类的免疫系统中的抗体，纳米抗体会在对抗SARS-CoV-2的有效疗法上提供一些独特的优势，”医学博士、药物化学助理教授Aashish Manglik解释说，他经常在研究通过细胞膜发送和接收信号的蛋白质的结构和功能时使用纳米抗体作为工具。
例如，纳米抗体比人类抗体小一个数量级，这使得它们更容易在实验室中操作和修改。它们的小体积和相对简单的结构也使得它们比其他哺乳动物的抗体稳定得多。
此外，与人类抗体不同的是，纳米体可以很容易且廉价地大规模生产：科学家将包含分子蓝图的基因植入大肠杆菌或酵母中，然后将这些微生物转化为高产量的纳米抗体工厂。
几十年来，同样的方法被安全地用于大量生产胰岛素。
但正如Manglik指出的，“纳米抗体只是我们的起点。虽然它们本身很吸引人，但我们认为可以通过蛋白质工程对它们进行改进。这最终导致了AeroNabs的发展。”
SARS-CoV-2依赖其所谓的S蛋白来感染细胞。
这些S蛋白在病毒表面突起，在电子显微镜下观察时呈现出冠状外观——因此包括SARS-CoV-2在内的病毒家族被命名为“冠状病毒”。
然而，S蛋白不仅仅是一种装饰——它们是让病毒进入我们细胞的关键。
与可伸缩工具一样，S蛋白可以从关闭的非活动状态切换到开放的活动状态。
当病毒颗粒的大约25个S蛋白中的任何一个被激活时，这个S蛋白的3个“受体结合区域”(RBDs)就会暴露出来，并准备与ACE2(一种在人类肺和气道细胞中发现的受体)结合。
通过ACE2受体和S蛋白RBD之间的锁键作用，病毒进入细胞，然后将新宿主转化为新冠病毒制造者。
研究人员相信，如果他们能找到阻碍S蛋白-ACE2相互作用的纳米抗体，他们就能阻止病毒感染细胞。
为了找到有效的候选材料，科学家们分析了Manglik实验室中最近开发的超过20亿的合成纳米抗体库。
在连续几轮的测试中，科学家们实施了越来越严格的标准来淘汰弱的或无效的候选者，最终他们得到了21个纳米抗体，这些纳米抗体可以阻止一种改性的S蛋白与ACE2相互作用。
进一步的实验，包括使用低温电子显微镜来观察纳米粒子与S蛋白的界面，表明最有效的纳米粒子通过强烈地将自己直接附着在S蛋白的RBDs上阻断了S蛋白与ace2的相互作用。
这些纳米体的功能有点像一个护套，它覆盖了RBD“密钥”，并防止它被插入到ACE2“锁”中。…
