基于核糖体展示与短芽孢杆菌分泌系统的高效抗体变体筛选技术开发

本研究针对抗体工程中高效富集高亲和力变体的技术需求，创新性地将重组元件蛋白合成（PURE）核糖体展示技术与下一代测序（NGS）及短芽孢杆菌（Brevibacillus choshinensis）分泌系统相结合。研究人员以靶向PA标签肽（GVAMPGAEDDVV）的NZ-1抗体为模型，通过单轮PURE核糖体展示筛选和NGS数据分析，成功获得高亲和力单链Fab（scFab）候选分子，其分泌表达的Fab片段亲和力（KD =1.6×10?9 M）与野生型相当。该平台为抗体优化提供了快速、低成本的新策略。

　　

在生物医药领域，抗体药物的开发如同寻找能精准锁定目标的"分子钥匙"，而提高抗体亲和力是优化疗效的关键。传统方法面临周期长、成本高的瓶颈，尤其当需要筛选数百万种变体时，常规技术往往力不从心。这促使科学家们不断探索更高效的筛选平台——就像为抗体工程师配备"分子显微镜"和"高速流水线"的结合体。

日本研究人员在《Journal of Bioscience and Bioengineering》发表的研究中，构建了一个创新性技术联用平台。他们巧妙地将重组元件蛋白合成（PURE）核糖体展示（RD）技术、下一代测序（NGS）分析和短芽孢杆菌（Brevibacillus choshinensis）分泌系统三大技术模块整合，形成从筛选到生产的完整链条。以识别PA标签肽（GVAMPGAEDDVV）的NZ-1抗体为模型，研究团队首先通过结构指导设计突变文库，利用PURE系统在无细胞环境中高效表达抗体-核糖体-mRNA复合物，通过单轮筛选即获得高富集度的候选分子。NGS分析不仅验证了筛选效率，更揭示了关键突变位点。最终通过短芽孢杆菌系统分泌表达的最佳变体，其解离常数（K_D
）达到纳摩尔级（1.6×10^?9
M），与野生型抗体相当，证实了平台的可靠性。

关键技术包括：1）采用SecM arrest序列稳定核糖体展示复合物；2）建立PURE RD筛选条件并优化mRNA回收方法；3）应用短芽孢杆菌分泌系统进行可溶性Fab表达；4）结合NGS分析突变富集情况。

【Plasmid construction】
研究人员首先构建了麦芽糖结合蛋白（MBP）与PA标签的融合表达质粒作为检测抗原，为后续筛选建立分子工具。

【Development of the PURE RD using a model library】
以抗PA标签单链Fab（scFab）及其突变体（118-120位丙氨酸替代）为模型，证实PURE RD能有效区分亲和力差异。Western blot验证表达，ELISA显示突变体结合活性显著降低，为筛选系统提供性能参照。

【Discussion】
该平台创新性地将无细胞合成与微生物分泌系统优势互补：PURE RD避免了细胞毒性限制，允许展示复杂蛋白；短芽孢杆菌系统则实现高效分泌表达。通过单轮筛选即获得理想变体，相比传统方法大幅提升效率。

这项研究的意义在于建立了从突变设计到生产的闭环系统。结构指导的文库设计、PURE RD的高通量筛选能力、NGS的深度分析优势，加上短芽孢杆菌的高效分泌特性，形成抗体优化的"四驱动力"。特别值得注意的是，平台对难以表达的蛋白变体表现出独特优势，为治疗性抗体开发提供了新范式。研究者Monami Kihara等通过该方法，不仅快速获得了与野生型亲和力相当的变体，更验证了技术联用的协同效应，为抗体工程领域贡献了可推广的方法学创新。