据阿根廷布宜诺斯艾利斯经济新闻网12月12日报道，2020年，当全球科学家正争分夺秒地研究新冠病毒时，以色列魏茨曼科学研究所的罗伊·巴尔-齐夫教授带领团队启动了一项前沿研究：开发一种新型脱氧核糖核酸(DNA)芯片。该芯片不仅能迅速揭示人体免疫系统对新冠病毒的反应，也为未来快速应对疫情暴发提供了全新路径。

这项无细胞、可基因编程的生物芯片技术开发成果近日发表于英国期刊《自然-纳米技术》上。该芯片能快速合成、绘制并分析蛋白质，进而精确解析抗体与病毒之间的相互作用。与传统方法相比，它能在更短时间内提供数据，揭示抗体所针对的病毒片段以及结合强度。

巴尔-齐夫表示：“疫情中我们意识到，可将实验室开发的工具迅速转向病毒研究，并立刻投入使用。”

研究免疫系统对病毒的响应比快速诊断(仅检测是否感染)更为复杂。传统方法需分别生产并纯化病毒蛋白，再与抗体进行比对测试，过程耗时数天至数周。一些实验室采用微型流体技术加速测试，但其装置复杂，依赖精密泵与管道。

巴尔-齐夫团队开发的生物芯片则提供了一种更为简便的解决方案：无需泵或管道，可快速适配于新出现的病毒。

该芯片无需预先制备蛋白质，因为蛋白质可直接在其硅表面上合成。芯片每个区域都包含一小段DNA信息，携带特定病毒蛋白或其片段的遗传指令，例如新冠病毒不同变异株的蛋白，包括其外刺突蛋白或内层蛋白。研究人员只需加入通常存在于细胞内的生物分子混合物，这段DNA便能直接“翻译”为对应蛋白质。

每个芯片可生成30至40种病毒蛋白或片段。仅需约1微升血清(不到一滴)，即可呈现个体对数十种病毒靶标或抗原的免疫特征。由于不同抗原在芯片上位置固定，团队可分别测量与各抗原结合的抗体数量。

巴尔-齐夫实验室的奥萝尔·迪潘博士解释说：“我们无需事先培养或纯化任何物质，芯片上的每个位点都能自行生成蛋白质或蛋白质片段。由于一张芯片可集成数十种抗原，我们能在单次实验中并行测试多种目标，无需分别进行检测。”

通过分析蛋白质与抗体的相互作用，研究人员可确定结合强度，即抗体与靶标结合的紧密程度，更强的结合通常意味着更有效的免疫反应。

通过这个方法，研究团队系统评估了新冠病毒蛋白与人体抗体的相互作用。巴尔-齐夫指出：“我们发现每个人的免疫特征都具有独特性。有些人具有针对原始毒株的抗体，却缺乏对其他变异株的反应。芯片帮助我们深入理解不同人群对病毒的反应差异，也能判断新毒株的变异是否会降低已有抗体的效力。”

展望未来，该方法还可用于研究针对其他病毒的抗体，或加速新疗法的开发。

巴尔-齐夫表示：“芯片为我们测试病毒与人类受体的相互作用，以及筛选阻断此类作用的新疗法打开了新窗口。”

目前，该团队正与以色列哈伊姆·谢巴医疗中心合作，利用芯片追踪新冠患者免疫反应随时间的变化。通过关联抗体数据与患者病历，他们希望能识别出可指导未来疫苗设计的免疫模式。

该团队表示下一步将引入人工智能技术。巴尔-齐夫说：“我们可以用芯片分析计算机设计的抗体序列，并在极短时间内测试其特性。芯片将显著提升人工智能设计流程的效率和准确性。”

巴尔-齐夫预测，这类工具未来或能实现对疫情的实时响应：“如果明天出现新的疫情，我们可以获取病毒基因序列，在芯片上构建其蛋白，并立即检测现有抗体是否有效。这将成为疫情防控的强大工具。”（编译/王萌）