杭州菁因康生物科技有限公司

    AHEAD可以實現抗體在酵母傳代過程中的自突變，在短短兩周內實現親和力成熟。此技術的進一步成熟以及商業化也許可以促進抗體藥物發現進程，加速抗體研發效率降低實驗成本。

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技術解讀

構建酵母超突變系統

    增加獨立于正常DNA復制體系的OrthoRep模塊，其中關鍵在于正交易錯DNA聚合酶會復制一個特殊的細胞質質粒P1，其突變率比正常的DNA聚合酶高100000倍。當納米抗體片段在P1上編碼時會隨著酵母的不斷傳代穩定產生突變。這套胞內超突變系統可以在短時間內建立超大文庫。

構建酵母展示篩選系統

    將納米抗體基因放在Aga2融合多肽的N末端，之后分泌表達并展示在酵母表面。注：作者通過引入新的P1載體的特異性啟動子，使用更強的分泌前導并在納米抗體下游加入一個多聚腺苷，將納米抗體的表面展示水平提高了約25倍。整體的篩選流程只需要在酵母培養與FACS之間循環即可進行快速篩選。

應用案例

使用AHEAD進化SARS-CoV-2抗體

    如上圖，經過AHEAD 3~8個循環后，8個弱親和力的抗體均進化得到了更高親和力的多突變納米抗體，最高提升約580倍，得到最高親和力Kd=0.72nM。經過中和SARS-CoV-2假病毒實驗驗證其中大多數具有優秀的病毒中和能力，最大抑制濃度IC50=0.52nM。

優點

1. 相對于傳統抗體發現技術與篩選技術，AHEAD在效率與成本上體現出明顯的優勢。

2.超高的庫容量可以對更大的序列空間進行搜索。

3.可以將一個文庫作為起始進行突變并且進行高通量篩選，從而探索更多的進化路線。

缺點

1.可能會在載體上非抗體部分引入突變從而降低篩選效率。

2.不能在特定的CDR區進行突變，雖然可以發現在非CDR區的部分突變組合可以提高親和力，但同時也會增加可成藥性的風險。

思考

1.也許這套系統會更加適合其他蛋白質的定向進化，如酶改造、細胞因子改造、de novo小蛋白親和力成熟等。

2.關于納米抗體篩選中的成藥性風險也許可以結合AI模型來解決，當然科學且嚴謹的臨床前實驗才是檢驗真理的唯一標準。

3.這套系統的超突變方法與高通量篩選方法還有進一步優化的空間

    在藥物發現的過程中，各種先進有效的手段被用來探索更多的可能性，我們堅信這些新技術的融合會徹底并深刻地改變藥物發現的進程。未來AIBIOROBOTS會專注在AI、生物藥、自動化實驗領域分享更多有趣的內容。關于AHEAD后續會有進一步的硬核技術分享。