2019科創講堂

動物疫苗新技術的應用

講者/林俊宏(農業科技研究院副院長)

撰文/整理/科學人
2019/10/23

2019科創講堂

動物疫苗新技術的應用

講者/林俊宏(農業科技研究院副院長)

撰文/整理/科學人
2019/10/23


過去十多年來,伊波拉病毒、SARS或禽流感等這些傳染病之所以令人聞之色變,是因為缺乏有效的治療方法。然而對付疾病除了治療,還有預防一途,這時如何開發一個有效的疫苗就十分重要。林俊宏介紹目前疫苗學的最新進展與實例,未來疫苗的開發不僅快速,也會更加精準有效。


疫苗開發新技術


疫苗的開發包含幾個關鍵:「抗原」、「佐劑」及施予疫苗的「途徑」,三者各有不同選擇,組合多樣。傳統疫苗的開發時間約需5~15年;而2006年的研究指出,利用反向疫苗學(Reverse vaccinology)來發展疫苗只需2年就可完成;2020年由於結構疫苗學(Structural vaccinology)技術的成熟,疫苗的開發將更為快速精準。


開發疫苗時,要找出會引起有效保護效果的蛋白質,也就是有效抗原,它們大都突出於病毒或細菌表面,讓人或動物的免疫系統可以辨識。反向疫苗學找出有效抗原的方法,是先用電腦分析整個基因體序列,然後預測有多少蛋白質、再篩選表面蛋白質,再測試那些表面蛋白質可以引起細胞或抗體的免疫反應,之後再回頭找出基因,選殖蛋白質。如此找到的蛋白質通常未被發現過,也少有專利問題。


新型佐劑也是開發疫苗的一大重點。例如纖維素加水質的佐劑,疫苗打進肌肉後,水質的抗原會立即吸收,但纖維素中的抗原卻過1~2兩週才釋放,所以只打一針卻有打兩針的效果,這可以大幅降低動物緊迫。以國際大廠Boehringer為例,在動物疫苗做了佐劑的改變後,從2004~2011年,產值就增加了2~3倍。


新疫苗實例


以人的腦脊髓膜炎為例,該病由腦膜炎雙球菌感染造成,透過反向疫苗學,首先分析腦膜炎雙球菌的整個基因體,發現有2158個蛋白質,用電腦分析發現屬於表面蛋白質的有600個,經過各種方法測試最後找出共通的蛋白質有5個,將這些蛋白質組合在一起,保護效果可達100%。


林俊宏實驗室約於2005年引進反向疫苗學使用於豬肺炎黴漿菌的疫苗開發,挑出5個蛋白質進行組合,在免疫的效果上和市面上已有的6家國際疫苗比較,和效果最高的那家不相上下。由於發展過程中沒有使用血清培養,製程加速一倍以上,成本降低80%,使疫苗技轉的價值也大為提高。


反向疫苗學也可用於傳統的不活化疫苗開發。林俊宏團隊選擇了豬胸膜肺炎放線桿菌,它有15個重要血清型分佈於世界各地,但每個國家流行的血清型不同,每個國家都必須使用各自的血清型生產疫苗。林俊宏團隊找出20個蛋白質可以涵蓋所有的血清型,再找到3個菌株涵蓋這20個蛋白質,意即這3個菌株本身就可以針對所有血清型。所開發的疫苗免疫效果很好,且可同時在每個國家使用。


疫苗具有多種優勢


新興疾病剛出現時,很難有治療方式,卻可以很快探討疫苗的開發。反向疫苗學的一大特色是不需要抗原就可以開發疫苗,例如針對危險性高的病毒,不需要取得病毒本身,只要用基因序列進行分析,就可以開發疫苗。


疫苗開發的新技術推陳出新,在過程中也可以運用AI來尋找蛋白質組合, 生產時間和風險都大為降低。動物疫苗使用可避免動物使用過多抗生素,降低食安疑慮、避免影響人類抗生素的使用,可以預見疫苗新技術在未來將扮演更重要的角色。