他们花了12年的时间解决难题。 它产生了第一批Covid-19疫苗

杰森·麦克莱伦（Jason McLellan）在犹他州帕克城避暑山庄的一家滑雪店里徘徊，等待他的新滑雪板靴在智能手机响起时被热成型到9英尺的大小。是国家过敏和传染病研究所疫苗研究中心副主任Barney Graham。

两天前，世界卫生组织宣布，在中国武汉已报告了几例身份不明的肺炎病例。人们感到疲劳，发烧，咳嗽和头痛。这些症状在一月初并不罕见，但有些人呼吸困难，有些人感觉自己被火车撞了。

格雷厄姆告诉德克萨斯大学奥斯汀分校的结构病毒学家麦克莱伦说，这种疾病似乎是一种β冠状病毒，这意味着它属于引起严重急性呼吸道综合症（SARS）的病毒属。他问麦克莱伦：“你准备好回到马鞍上了吗？”

这个二人组是一小撮政府和大学科学家的一部分，他们花了十多年的时间破解了一个复杂的病毒难题-并且再次需要他们的技能。他们多年的探索和创新最终为COVID-19疫苗的最有希望的候选人做出了微观但至关重要的贡献。在美国，已有两个已经获得授权的人使用了他们的发现，至少还有两个其他竞争者也是如此。

麦克莱伦（McLellan）于2008年进入马里兰州贝塞斯达（Bethesda）疫苗研究中心时，是一名早期研究人员，而格雷厄姆（Graham）致力于研究一种由呼吸道合胞病毒引起的鲜为人知但具有高度传染性的疾病已有20多年的历史了。引起COVID-19的致冷RSV和SARS-CoV-2冠状病毒均具有由RNA构成的基因组。尽管两者位于进化树的遥远分支上，但它们具有共同的物理特征，这将成为McLellan和Graham击败COVID-19的第一步。

自1966年以来，设计RSV疫苗的尝试就屡屡被打when，当时一项临床试验在无意中加剧了志愿者的病情，甚至导致两名婴儿死亡。格雷厄姆想了解为什么这个候选药物如此失败。

疫苗研究中心正在研究的另一种细菌：艾滋病病毒也有类似的挫败感。麦克莱伦（McLellan）到达中心与彼得·train（Peter Kwong）一起训练，彼得·w（Peter Kwong）是一名结构生物学家，研究病毒蛋白的结构，希望设计出一种可以阻止艾滋病的疫苗。 HIV快速突变，因此研究人员尝试了几种结构生物学技巧来开发候选疫苗，但最终未能创造出引发免疫反应的疫苗。

麦克莱伦说：“您不知道是因为病毒太好还是想法不好。”

这对夫妇现在称之为一次快乐事故，格雷厄姆和麦克莱伦在该中心的二楼彼此靠近工作。 Mc的四楼实验室对麦克莱伦来说太拥挤了，所以他在格雷厄姆的耳中建立了一个工作区，他们成为了朋友。格雷厄姆回忆说：“他没多久就来找我，说我想从事除艾滋病毒之外的其他工作。”

过去用疫苗中和RSV的失败尝试都集中在该病毒的1类融合蛋白或F蛋白上。格雷厄姆说，在野外，这种蛋白质是一种变形器，“就像变形金刚玩具一样”。在RSV病毒感染并进入细胞之前，它看起来可能是一种方式，而在病毒繁殖并逃逸之后，它可能是另一种方式。这些Jekyll-and-Hyde身份被称为“预融合”和“后融合”状态，直到这一点之前，所有疫苗尝试都集中在后者身上。

更棘手的是，预融合形式非常不稳定：它可以立即不可逆转地自发地恢复到其他状态。 Graham和McLellan假设，如果他们能锁定在融合前状态，他们可能会创造出更成功的RSV疫苗。但是没人知道预融合蛋白是什么样的。他们只是知道那是骗子。

因此，麦克莱伦（McLellan）首次使用了X射线晶体学（一种使用X射线束确定蛋白质结构的技术）来捕获融合前蛋白质的图像。一些研究人员后来说，融合前F蛋白看起来像棒棒糖。麦克莱伦认为这看起来像是橄榄球。他说：“您是世界上最早看到这种蛋白质的人之一。” “它太酷了。”

通过在此原子水平上检查蛋白质，麦克莱伦（McLellan）找到了一种对其进行生物工程改造以消除其变形能力的方法。换句话说，他稳定了它。

当格雷厄姆在动物体内测试这种新分子时，它充当抗原并刺激免疫系统抵抗疾病。它对RSV的中和能力比他以前测试的任何东西高50倍。另一方面，他们还证明了蛋白质的融合后版本具有可以绕过免疫系统防御的身份。

格雷厄姆说，他们的成就在《科学》杂志的“ 2013年年度突破”中获得了亚军，他们的工作为新型RSV疫苗开辟了道路，这些疫苗显示出了巨大的希望。

约翰·霍普金斯大学彭博公共卫生学院国际卫生学教授，免疫研究中心和约翰·霍普金斯疫苗倡议组织主任露丝·卡伦说：“杰森和巴尼等人的工作彻底改变了这一领域。”

五年前，格雷厄姆实验室的一名博士后研究员因呼吸道感染而回沙特阿拉伯。每个人都认为该人患有中东呼吸综合症（MERS），该疾病是由两年前在该国出现的危险冠状病毒引起的。

麦克林（McLellan）在新罕布什尔州达特茅斯学院成立自己的实验室的同时，就出现了这种现象。鉴于冠状病毒具有刺突蛋白，这些蛋白也是变形蛋白，可用于闯入我们的细胞，因此McLellan和Graham一直在尝试对MERS进行预混术。当格雷厄姆的实验室测试博士后的鼻腔分泌物时，他们发现了一种相关的细菌，并且提供了一个机会，为他们最终研制COVID-19疫苗铺平了道路。

博士后使用的是较旧的冠状病毒：HKU1，这是在2005年发现的一种温和的引起寒冷的虫子。Graham-McLellan的合作伙伴决定将重点转移到HKU1，因为MERS需要采取额外的安全预防措施，而他们对后者的研究已陷入困境。

要捕获HKU1的3D图片，McLellan将需要一种不同的方法来拍摄原子级图片。 X射线晶体学将蛋白质浸入盐浴溶液中，直到它们形成类似于冰糖的晶体。但是由于它们的物理性质，冠状病毒的结晶不好。低温电子显微镜技术（cryo-EM）是一种技术，它使科学家能够查看冻结在薄冰层中的蛋白质，而无需进行结晶。

2015年，结构生物学家安德鲁·沃德（Andrew Ward）是美国领先的低温EM专家之一，因此麦克莱伦（McLellan）向位于圣地亚哥的斯克里普斯研究中心的实验室发送了电子邮件，询问他是否对研究冠状病毒感兴趣。巧合的是，沃德有一个博士后研究员渴望研究冠状病毒。他们最终拍摄了数千张HKU1蛋白的图像。

麦克莱伦（McLellan）使用HKU1的3D读数对如何稳定其病毒表亲，MERS和SARS的刺突蛋白进行了有根据的猜测。 McLellan和他的博士后研究员Nianshuang Wang发现，通过在MERS的峰值蛋白中添加两个脯氨酸（刚性氨基酸），可以防止蛋白质变形。

他们称该调节为2P突变，并于2017年为其申请了专利。大约在同一时间，格雷厄姆的实验室与生物技术公司Moderna合作设计了针对MERS的实验性mRNA疫苗。一年前，两国共同开展了一项类似但又分开的项目，以对抗寨卡病毒。这是为更全面地应对全球疫情做准备的新运动的一部分。该概念取决于对病毒家族的原型成员（例如HKU1或MERS）的详细研究，以防御来自同一家族的所有未来麻烦制造者（如SARS-CoV-2）的防御。

格雷厄姆实验室的博士后研究员Kizzmekia Corbett说，最终，动物模型实验证明MERS疫苗是成功的，并创造了“数据组合”，科学家们知道它们可以应用于新的冠状病毒。

2020年1月6日，就在他去滑雪店打了电话几分钟后，麦克莱伦在WhatsApp上给Wang和研究生Daniel Wrapp发了信息。

“巴尼将尝试从中国武汉获得冠状病毒序列，”麦克莱伦写道。他想抢购结构和疫苗。你玩吗？”

两家实验室相互合作，在大约两周内确定了病毒的结构，并使用2P突变来稳定其蛋白质。 Graham的实验室与Moderna合作，Corbett设计并执行了临床评估，以从2月开始使用由修饰蛋白制成的mRNA疫苗免疫小鼠。 “当我们从小鼠身上获得第一批结果时，它们产生了很好的抗体反应，令人非常满意，” Corbett说。到3月4日，美国食品药物管理局已批准将Moderna疫苗用于人体试验。

大约在同一时间，辉瑞和BioNTech与Graham谈了关于在疫苗中使用2P突变的问题。由于他们的工作获得专利并广泛发表，因此其他制药商，包括Novavax和Johnson＆amp;约翰逊（Johnson）-还将候选人作为设计依据。辉瑞BioNTech的疫苗显示出令人印象深刻的95％的有效率后，将成为美国的首个授权疫苗。 Moderna的疫苗有效率为94％。

需要进一步测试来判断2P突变对领先者疫苗的总体功效有多大贡献。辉瑞公司首席科学官兼病毒疫苗副总裁Phil Dormitzer表示，“绝对清楚”，稳定预融合蛋白使潜在的RSV疫苗取得了显着进步。他说：“我很高兴我们挑出了这些突变，可以继续前进。”他指的是辉瑞BioNTech COVID-19疫苗。

当被问及拥有数十年的工作价值时，格雷厄姆不知道如何回答，这为迅速发展的疫苗做出了贡献，这种疫苗可以在全球大流行惨痛的情况下挽救数十万人的生命。他说：“这不是我们通常考虑的方式。” “在达成某些里程碑之前，我不认为您对自己的感受有太多考虑。”

但是，用“这样的时间”这一短语提出的问题使格雷厄姆回想起圣经中的故事，即以斯帖为王后的女王“以斯帖”。

格雷厄姆说：“我觉得我的整个职业生涯都在等待'这样的时候'。”