小英總統昨天打了高端疫苗，我很多臉友也貼出了接種黃卡。台大護理師高高舉起的吹箭(誤)高端疫苗，是怎麼被創造出來的?來講講背後的故事。
眾所皆知，高端疫苗使用美國國家衛生研究院(NIH)的技術，S－2P蛋白。病毒外面是蛋白質，裏面是RNA，病毒外面突起來的S蛋白(棘蛋白)是感染人體的關鍵。S - 2P裏，"2P"的意思是，在天然S蛋白的胺基酸序列上，用脯氨酸(Proline)放進去改造兩個位置，這樣做出來的疫苗，才能有穩定的免疫反應。
不是只有高端和莫德納疫苗，其實輝瑞/BNT，嬌生，還有Novavax疫苗都是使用這項技術。衝最快的領頭羊，輝瑞/BNT疫苗，昨天已經取得了美國正式藥證，台灣也通過藥証後，藥商就可以自行進口。
做疫苗要使用S－2P蛋白的技術，是有專利(1)要簽約付錢的。天然的病毒基因序列，無法持有專利，但修改過的序列可以擁有專利。專利持有者是美國衛生院NIH的疫苗開發小組: 美國德州大學的團隊，由傑森·麥克萊倫(Jason McLellan) 教授帶領(附照片圖左)，和兩位博士後丹尼爾·瓦普(Daniel Wrapp)(圖中)，王念雙(圖右)等人。
麥克萊倫教授團隊，最早去年2020年3月Science科學-期刊上，發表了S蛋白的結構(2)，石破天驚。這是人類第一次了解，S蛋白上1,200多個胺基酸的3D立體結構。在新冠病毒出現前，冠狀病毒是很冷門的領域，要走這條路，寫論文投稿不容易被接受。但這篇文章，頂級的Science雜誌接受後，後來竟然被其它論文引用了五千多次，超猛，台灣學者謝慶霖也是作者之一。
之前科學家研究冠狀病毒時，用液態氮(對，就是宅宅玩電腦超頻用的)，急速冷涷病毒保持形狀，放到電子顯微鏡下觀察，結果S蛋白和人體結合前樣子什麼鬼都有，圓的，六角型，長的，變來變去。S蛋白分子有彈性，所以能折疊起來，連水分子都可以影響形狀，胡亂變化正常。可是問題是，S蛋白形狀對人類做疫苗很重要，立體結構形狀影響結合人體的受體，抗病毒的抗體和免疫反應。過去有不少疫苗如RSV(呼吸道融合病毒)，就是敗在疫苗抗原的3D結構上。
一條線有一千多個分子排列就很讓人頭痛了，還要研究這條線纏起來打結的樣子，不夠宅膽子不夠大的人，不敢把青春賭在上面。
麥克萊倫教授團隊，最重要的貢獻就是搞定了天然S蛋白的結構，藉著小小的修改，在不影響抗原表現能力的情況下，找到了能讓S蛋白穩定的胺基酸序列，S－2P蛋白三聚體。抓老鼠來實驗，發現對新冠病毒武漢原始株的免疫反應很好。合計拍了2萬多張冷涷電子顯微鏡的照片，最後才畫出了現在大家常看到的S蛋白的立體結構圖。
S－2P蛋白用脯氨酸(Proline)改造兩個位置，這是怎麼發現的呢?其實這工作已經做了很多年，之前要發展SARS和MERS疫苗時，了解到所有冠狀病毒都有S蛋白，都有不穩定形狀不明的問題。要找到正確解答要下苦工，苦差事當然落在兩位博士後丹尼爾·瓦普和王念雙的身上。
科學發明常常是這樣的，像愛迪生的電燈泡，嘗試各種錯誤，和它槓上就對了。他們不斷的用各種胺基酸，取代各個位置，用電腦模擬，學理推測，細胞培養，看電子顯微鏡，殺老鼠，流血流淚最後終於發現了2個脯氨酸的解決方案。不只新冠病毒可以用，連SARS，MERS，人類其它四種冠狀病毒(一般只引起感冒)都能利用這項技術。七種冠狀病毒連SRAS-COV-2的S－2P蛋白的RNA和胺基酸序列，明白地寫在專利裏，20年保護期。Science上的那篇論文，清楚給出結構。不只疫苗，單株抗體，快篩試劑，都能根據技術做進一步的研發。
台灣有進口很貴的Bamlanivimab單株抗體，也是傑森麥克萊倫教授研究出來的。但對變種病毒無效，美國FDA幾個月前撤消了EUA。
特別要提的是王念雙博士，中國山東人，在中國清華大學拿到博士學位後，2016年到美國繼續研究，他接受採訪時說:『前期實驗中，我們試用各種方法，很多時候都是同時做20-30個不同設計，試圖穩定S蛋白，但大部分是沒有任何效果的。最終找到針對S2的一個中和抗體，能夠幫助我們穩定S蛋白，又解析了結構的3D模型，在這基礎上測試過100多種不同的突變類型，最終確定這2個脯氨酸的修改設計最好，經歷了重重困難。我們把這一設計稱為S－2P蛋白』(3)
王念雙博士是專利的共同持有者。AZ疫苗的發明者放棄了權利，S－2P蛋白的專利要收費的，所以高端比AZ貴…
雖然長年的努力累積不少經驗和成果，但本來實用的發展不明，因為SARS和MERS都消失了，疫苗做出來也沒有辦法臨床實驗。但還好有這些科學家的堅持，2020年初，新冠病毒出現，嚇壞了所有人。等中國公佈新冠病毒的RNA基因序列後，S－2P蛋白，竟然只花了一天就設計出來，一天! 加上mRNA技術也成熟，後來莫德納，BNT疫苗才能那麼快上市。
高端和莫德納，相同的地方是S－2P蛋白的序列。但是怎麼生產出疫苗的方法卻完全不同。高端是培養倉鼠細胞製造出S－2P蛋白打進人體，莫德納是做出mRNA打進人體，讓人體細胞產生S－2P蛋白。疫苗製造工藝上是兩回事，而且人體細胞和倉鼠細胞做出來的S－2P蛋白，粘在蛋白質上面的聚糖分子不一樣，魔鬼藏在細節裏。
我寫的是簡化過後的版本，S－2P蛋白細節很複雜。除了要穩定蛋白質的分子，不讓蛋白質分子被人體內無所不在的蛋白酶分解也很重要，不然打進去的疫苗很快就不見了，起不了免疫反應。S－2P蛋白，另一個重要的修改是RRAR，S1和S2之間的弗林蛋白酶點位，我寫過(4)也很有趣(?)，但太長了以後再寫。
不過話說回來，S－2P蛋白還是基於武漢原始株序列的修改，Delta變種後來在胺基酸序列上進化出了十幾個突變，比方S蛋白序列上的P681R = R+RRAR和開頭的N端點上變化，突破了各種疫苗的防守。高端疫苗是不是能抵抗Delta變種，還是未知數。
麥克萊倫教授團隊自已也開發了新冠疫苗 HexaPro，用雞蛋胚胎生產，更適合發展中國家的技術，還在各國臨床實驗中。
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1. United States Patent 10,960,070
2. https://bit.ly/3sHbpaM
3. https://bit.ly/3y7LwSJ
4. https://bit.ly/3j6GUYW https://bit.ly/3zfblBA
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