在传染病研究领域，一种名为北级痘病毒(Borealpox virus, BBV)的新发病原体正引起全球关注。这种属于Boreviridae家族的RNA病毒，主要通过接触受感染动物传播给人类，导致一种名为Borebloxis的疾病。患者会出现高烧、剧烈身体疼痛、呕吐、皮疹、呼吸困难等症状，严重时甚至可能导致器官衰竭。令人担忧的是，近年来在非洲、南亚、南美洲和东欧部分地区，北级痘病毒感染病例呈现上升趋势。更严峻的是，目前尚无针对该病毒的获批疫苗或特异性治疗方法，患者只能接受支持性治疗，而现有的一些抗病毒药物如利巴韦林(Ribavirin)可能引起肝毒性、贫血等不良反应。
面对这一公共卫生挑战，由Muhammad Naveed领衔的国际研究团队在《Scientific Reports》上发表了一项创新研究，他们采用计算机辅助设计和免疫信息学方法，成功开发了一种靶向北级痘病毒的多表位疫苗。这种疫苗设计策略只包含病毒的关键抗原片段而非完整病毒，因此更安全，且能针对性地激发有效的免疫应答。
研究人员采用了系统的免疫信息学流程开展此项研究。他们从北级痘病毒的细胞表面结合蛋白入手，该蛋白在病毒附着宿主细胞过程中起关键作用。通过表位预测工具筛选出高亲和力的MHC-I和MHC-II表位，并评估了其抗原性、过敏性和毒性。随后将精选的表位与β-defensin 3佐剂、PADRE序列通过特定连接子组合，构建了多表位疫苗分子。团队还利用分子建模和模拟技术分析了疫苗的三维结构、与Toll样受体(TLR)的相互作用，并通过免疫模拟预测了其激发免疫应答的潜力。
疫苗靶点选择与表位预测
研究团队选择北级痘病毒的细胞表面结合蛋白作为疫苗设计的靶点，因为该蛋白介导病毒与宿主细胞的附着。通过生物信息学分析，他们筛选出三个MHC-I表位(FAIVSIVFV、KEDDYGSNHL、TTSQAVHTNY)和三个MHC-II表位(AFAIVSIVFVFILTV、DIEYKDAKPTTIQNT、EGKPHYITENYRNPY)，这些表位均具有高抗原性(VaxiJen评分>0.7)、非过敏性和非毒性特征。
疫苗构建与理化特性
最终构建的疫苗分子包含163个氨基酸，分子量约18.27 kDa。疫苗结构包含β-defensin 3佐剂、PADRE序列以及通过AAY和EAAK连接子连接的T细胞表位。理化性质分析显示疫苗具有良好稳定性(不稳定指数23.38)和亲水性(GRAVY评分-0.313)，预测在表达系统中具有高溶解度。
三维结构预测与验证
使用AlphaFold3预测的疫苗三维结构显示高度稳定的构象。Ramachandran图分析表明97.4%的残基位于最允许区域，ERRAT2质量评分达100%，证实了模型的可靠性。
B细胞表位预测
通过ElliPro服务器鉴定了五个不连续B细胞表位，其中最高评分表位包含20个残基，得分0.823，表明疫苗可能有效激发体液免疫应答。
分子对接与相互作用
分子对接显示疫苗与TLR2和TLR4均能形成稳定复合物。TLR2-疫苗复合物的ClusPro评分达-1210.7，结合自由能为-11.7至-15.1 kcal/mol。相互作用分析发现疫苗与TLR2间存在9个氢键、1个盐桥和216个非键接触，表明高度互补的结合界面。
分子动力学模拟
100纳秒的分子动力学模拟表明疫苗-TLR2复合物结构稳定，RMSD值在0.35-0.42 nm间波动。半径 of 回转(Rg)分析显示复合物整体结构紧凑，主成分分析(PCA)和动态交叉相关矩阵(DCCM)揭示了疫苗区域适当的灵活性，有利于免疫识别。
免疫模拟
免疫模拟预测疫苗能激发强大的免疫应答：抗原在接种后7天内被完全清除，伴随显著的IgM和IgG1反应，IFN-γ和IL-2水平显著升高。B细胞、辅助T细胞、细胞毒性T细胞和自然杀伤细胞均被有效激活，表明疫苗能协调先天性和适应性免疫应答。
密码优化与克隆
密码子优化后GC含量为48.47%，适合在大肠杆菌K12中表达。疫苗基因成功克隆到pET-28a(+)载体中，为后续实验研究奠定基础。
该研究首次系统性地设计了针对北级痘病毒的多表位疫苗，并通过全面的计算机分析证明了其潜在有效性。疫苗设计覆盖全球96.22%的人口，具有广泛的适用性。虽然目前仅有一个北级痘病毒毒株被完全表征，限制了疫苗对其他潜在毒株的保守性分析，但此项工作为后续实验验证提供了坚实基础。研究人员强调，需要进一步的体外和体内实验来确认疫苗的安全性和有效性，但这项计算机辅助设计研究无疑为应对北级痘病毒的公共卫生威胁迈出了重要一步。
