中子有助于探索生物分子以获得更好的抗多重耐药细菌疫苗

来自研究中子源HeinzMaier-Leibnitz(FRMII)的中子可用于探索生物分子的结构。最近的成功：对一种有希望的抗多重耐药菌疫苗的精确分析。

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都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确定了一种适用于生产针对多重耐药细菌铜绿假单胞菌的疫苗的活性成分。同时，该疫苗已成功在小鼠身上进行了测试。

“与许多新疫苗一样，在这种情况下，活性成分嵌入脂质体中。对这些纳米级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，”生物物理学家MarcoMaccarini博士说。法国国家科学研究中心(CNRS)。他与格勒诺布尔阿尔卑斯大学(UGA)TIMC实验室和FRMII的专家一起，成功分析了针对铜绿假单胞菌的候选疫苗的结构。

该疫苗由大小约为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中，这种活性成分是蛋白质OprF。“一般来说，活性成分可以停靠在脂质体的不同位置——例如内部或外部，”Maccarini解释道。“但当它被整合到双脂质层中时，它最容易被免疫系统识别。因此，生物分子的结构对疫苗的功效具有决定性作用。”

通缉：非破坏性辐射

这样的结构细节肉眼是看不到的。光学显微镜没有足够高的分辨率来研究脂质体。尽管X射线辐射的波长较短，但它不适用于结构分析，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，因此不会造成损坏或结构变化。这样就可以在原始状态下研究样品，”Maccarini说。

研究人员在慕尼黑附近加兴的FRMII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AurelRadulescu博士，一项技术可用于详细研究纳米级分子。

计算机模型代表疫苗的结构

“在我们的案例中，挑战在于使用衍射仪，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，”监督小角度散射衍射仪KWS-2的Radulescu回忆道Garching的ForschungszentrumJülich(FZJ)。他补充说，最终使这种区别起作用需要一个技巧：“我们用不同的溶剂组合进行了测量——普通水和含氘的重水，以不同的浓度混合。”由于中子以不同的方式“看到”正常的氢和氘，因此结果是具有不同对比度的样本图像，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双层结构，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。”

这项工作发表在《朗缪尔》杂志上。新模型还可用于研究新型脂质体疫苗的结构并优化其进一步开发。