探索mRNA疫苗生产流程：酶产品的核心角色

引言

mRNA疫苗作为现代生物技术的重要成果，以其高效、快速响应病原体的能力，为全球公共卫生事业带来了新的希望。mRNA疫苗的核心在于将编码抗原蛋白的mRNA导入人体细胞，直接进行翻译形成相应的抗原蛋白，从而诱导机体产生特异性免疫应答。这一过程中，酶产品作为关键工具，在多个环节发挥着不可替代的作用。

mRNA疫苗的工作原理

来源：SPRINGER NATURE

mRNA 疫苗生产流程

来源：SPRINGER NATURE

mRNA 疫苗的设计取决于目标病原体抗原序列的定义。通过确定目标抗原并优化其编码序列，mRNA 可以通过 RNA 聚合酶在体外转录。合成的 mRNA 通过不同的工艺纯化，然后使用微流控技术与脂质相混合并封装成 mRNA‑脂质纳米颗粒 (mRNA‑LNP) 复合物。随后，通过稀释和超滤浓缩完成 LNP 的自组装。最后，经过无菌过滤、灌装和封盖，即可获得 mRNA 疫苗。

mRNA疫苗生产核心酶

质粒线性化与DNA模板制备

mRNA疫苗生产的第一步是从主细胞库中提取病毒的DNA。随后，这些DNA被用于构建质粒，质粒是携带目的基因（即编码抗原蛋白的基因）的DNA片段。为了确保mRNA能够高效合成，质粒需要经过酶切处理，形成线性化双链DNA模板。这一步中，限制性内切酶Bsa I扮演了重要角色。它特异性识别双链DNA中的位点并进行酶切，将模板质粒酶切线性化，为后续的mRNA体外合成提供了理想的模板。

☆BsaⅠ 限制性内切酶

The results of 1μg pUC57 plasmid digestion separated under different quantity of BsaⅠ, The reaction was incubated for 60 minutes at 37°C, and 1% agarose gel was used for electrophoresis analysis after reaction.

M, marker;

Lane 1 1μg pUC57;

Lane 2 1μg pUC57 add 1U BsaⅠ

Lane 3 1μg pUC57 add 2U BsaⅠ

1μg (R: reducing condition, N: non-reducing condition).

mRNA体外转录与修饰

在获得了线性化DNA模板后，接下来的步骤是在体外进行mRNA的合成。这一过程依赖于T7 RNA聚合酶，它高度特异性地识别T7启动子序列，并以NTP（核苷三磷酸）为底物，催化合成与启动子下游单链DNA互补的RNA。T7 RNA聚合酶是体外转录mRNA的关键酶，能够高效产生大量高质量的mRNA。

☆T7 RNA Polymerase

As shown in the figure, this product has excellent transcription effect.

Lane 1 Negative Control (negative control with no added enzyme only);

Lane 2 UA-T7 RNA Polymerase 3.125U;

Lane 3 UA-T7 RNA Polymerase 6.25U;

Lane 4 UA-T7 RNA Polymerase 12.5U;

Lane 5 UA-T7 RNA Polymerase 25U;

Lane 6 UA-T7 RNA Polymerase 50U;

1μg (R: reducing condition, N: non-reducing condition).

转录辅助酶

除T7 RNA Polymerase之外，Pyrophosphatase, Inorganic（无机焦磷酸酶）、Murine RNase Inhibitor、DNase Ⅰ作为转录辅助酶在体外转录中也发挥着重要的作用：

mRNA的合成不仅仅是简单的转录过程，还需要进行一系列的修饰以确保其功能完整性。其中，牛痘病毒加帽酶和2'-O-甲基转移酶在mRNA的5'端加上Cap0帽结构，并将其转化为Cap1结构，这对于提高mRNA的稳定性和翻译效率至关重要。Cap1结构能够增强mRNA在细胞内的翻译效率，从而提高转染后mRNA编码的蛋白表达水平。

总结

综上所述，酶产品在mRNA疫苗的生产流程中扮演着至关重要的角色。从质粒线性化、mRNA体外合成与修饰，到mRNA的纯化和质量控制，再到最终的LNP包封与递送，每一步都离不开酶的高效催化作用。限制性内切酶、T7 RNA聚合酶、牛痘病毒加帽酶和2'-O-甲基转移酶等酶产品，不仅确保了mRNA疫苗的高效生产，还提高了其质量和稳定性，为mRNA疫苗在全球范围内的广泛应用奠定了坚实的基础。

参考文献

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3.Mohammad Chehelgerdi; Matin Chehelgerdi. The use of RNA-based treatments in the feld of cancer immunotherapy. Molecular Cancer. (2023) 22:106.