中子有助于探索生物分子 以获得针对多重耐药细菌的更好疫苗

来自研究中子源Heinz Maier-Leibnitz(FRM II)的中子可用于探索生物分子的结构。最近的成功：对针对多重耐药细菌的有前途的疫苗进行了精确分析。

对所有常规抗生素具有抗药性的细菌每年导致超过一百万人死亡。因此，世界各地的研究人员正在寻找新的治疗方法来对抗这些病原体。两年前，格勒诺布尔的一个国际团队发现了一种活性成分，适用于生产针对多重耐药细菌铜绿假单胞菌的疫苗。与此同时，该疫苗已在小鼠身上成功进行了测试。

“与许多新疫苗一样，在这种情况下，活性成分嵌入脂质体中。对这些纳米生物分子的准确表征和理解是未来疫苗开发和优化的关键因素，“法国国家科学研究中心(CNRS)生物物理学家Marco Maccarini博士说。他与格勒诺布尔阿尔卑斯大学(UGA)TIMC实验室和FRM II的专家一起成功地分析了铜绿假单胞菌候选疫苗的结构。

该疫苗由大小为100纳米的生物分子组成。这些分子主要由脂质组成，类似于脂肪的物质，由于其生化特性而形成小气泡或脂质体。这些气泡反过来可以保护和运输实际的活性成分。在针对铜绿假单胞菌的疫苗的情况下，这种活性成分是蛋白质OprF。“一般来说，活性成分可以在不同的位置与脂质体对接 - 例如内部或外部，”Maccarini解释说。“但是当它整合到双脂质层中时，免疫系统最好地识别它。因此，生物分子的结构对疫苗的功效具有决定性作用。

需要：非破坏性辐射

这样的结构细节是肉眼看不到的。光学显微镜没有足够高的分辨率来研究脂质体。虽然X射线辐射的波长较短，但它不适合结构分析，因为辐射在某些情况下会损坏生物分子。“但中子束是理想的：它们只与原子核相互作用，因此不会造成损伤或结构变化。通过这种方式，可以在原始状态下对样品进行研究，“Maccarini说。

研究人员在慕尼黑附近加兴的FRM II找到了分析新候选疫苗所需的一切：高中子通量，设备齐全的实验室和小角度散射测量专家Aurel Radulescu博士，该技术可用于详细研究纳米大小的分子。

计算机模型表示疫苗的结构

“在我们的案例中，挑战是使用衍射仪，它测量原子核对中子的散射，以区分样品中的蛋白质和脂质，”Radulescu回忆道，他监督小角散射衍射仪KWS-2用于加兴的Forschungszentrum Jülich(FZJ)。他补充说，最终使这种区别起作用需要技巧：“我们使用不同的溶剂组合进行测量 - 普通水和含有氘的重水，混合成各种浓度。由于中子以不同的方式“看到”正常的氢和氘，结果是具有不同对比度的样品图像，其中包含不同的信息。

为了进行分析，研究小组开发了一个代表候选疫苗结构的计算机模型。“这让我们不仅可以呈现脂质的两层结构，还可以让我们确定嵌入在两个脂质层之间的OprF活性成分的平均位置和数量。

该作品发表在Langmuir杂志上。新模型还可用于研究基于脂质体的新型疫苗的结构，并优化其进一步开发。