BioNTech-复必泰疫苗幕后故事： 急流勇进、选拔赛，动物实验
2020 年1 月11 日，多亏了任职于上海公共卫生临床中心且思绪敏捷的张永振教授，他将新型冠状病毒基因编码的定序结果上传至virological.org这个开源网站，跟其他所有的疫苗制造商一样，BioNTech 也从中受惠。
在1 月底那个重要的周末，吴沙忻研究了这份分子蓝图，并借此草拟了几种候选疫苗，但这些都只是纸上（或者该说萤幕上更为恰当）谈兵而已。
要制造实际的疫苗材料，第一步就是为候选疫苗打造出DNA 的原版复本，再以此为模板制造出RNA。海茵（Stephanie Hein），也就是负责管理BioNTech「RNA 仓库」（一个用来为公司的疫苗及疗法储存抗原或疫苗目标的实际仓库）的分子生物学家，很快制定了这些模板的基因序列。它们共含有多达四千个核苷酸，由五十到八十个核苷酸构成的小区块组合而成，是一段完美无瑕的基因编码。完成这个步骤之后，接着便进入选殖程序，并检查序列的准确度。
候选疫苗DNA 模板的基因序列含有多达四千个核苷酸，由五十到八十个核苷酸构成的小区块组合而成。图／Pixabay
这就是所谓的基因合成（gene synthesis），BioNTech 在多年前就针对这个方法建立了实验室的作业程序，到了此时，这已是他们的常规作业。然而，某些候选疫苗的DNA 模板选殖作业，其过程却是出乎意料地曲折。海茵和她的团队已经竭尽所能，却仍无法让个别核苷酸或序列片段以正确的方式接合起来。他们试过各种可能的方法，但每次分析选殖模板时，序列总是有问题。
另一个团队早已急切地等着接收这些DNA，好让他们准备生产实际的候选疫苗，DNA 作业的迟滞有可能导致吴沙忻雄心勃勃的计画有所拖延。虽然前面还有更大的挑战等着他们，但是在2 月中，光速团队身处险境，他们被一项本该是最小的障碍给拖慢进度。
一开始，这种突然的转折似乎难以捉摸。事实上，发现一位同事怀孕时，海茵又遭遇了进一步的挫折。因为选殖过程中会用到的康霉素（Kanamycin）对胎儿有毒，所以这位同事立刻被请出实验室。海茵这么说：「我们从三人团队变成两人团队，其中一个还是兼职员工。」两年来，这是她第一次不得不穿上实验衣，亲自动手做实验。
在分子生物学研究中，具有康霉素耐药性的基因常用于筛选标记
接着， 在2 月的某一天， 两位生物化学家， 齐根哈斯（Thomas Ziegenhals）和德格慕勒（Johanna Drögemüller），想出了一个巧妙的解决方法。与其期待接合成功，他们建议制造团队不如使用BioNTech「RNA 仓库」中现有的DNA 模板来规画流程，这些模板的特征及长度，都和冠状病毒疫苗所需要的模板很相似。这么一来就减轻了海茵基因合成团队的压力，让他们在知道自己没有拖延整体计画进度的前提下，可以专心地矫正错误。就跟选殖过程中遇到的其他问题一样，这件事情来得突然，去得也快。
结果证实，新制造出来的序列是正确的。海茵的团队开始制造出一个又一个完美的殖株。2 月底，他们完成了第一个疫苗建构体。
3 月2 日，以齐根哈斯和德格慕勒的「仓库」解决方案进行准备的疫苗制造专家，用海茵成功制造的DNA 模板生产出第一批产出RNA。他们将材料倒入一个五十毫升的袋子里，并立即在摄氏零下七十度进行超低温冷冻，以确保分子的稳定性。
BioNTech 梅因兹总部外，有辆车子正等着运送这批RNA 前往位在维也纳的保立马，这趟运送过程所费不赀。家族企业保立马已与BioNTech 建立合作关系，并拥有专业技术能将mRNA 与阿奎塔斯脂质做结合。几天后，装满疫苗的冷冻小玻璃瓶会被放在保丽龙盒里，越过边境运回BioNTech。
BioNTech 的二十个疫苗建构体，每一个都会重复这样的运送过程。电子邮件持续往返，以一种特勤工作人员护送总统的方式不断更新状况，像是「RNA 已经离开建筑物」，或是简单的一句「移动中」。
第一批装着疫苗的小玻璃瓶很快就回到了梅因兹，由芙格领导的团队开始设计一场疫苗选拔赛。
二十个候选疫苗互别苗头，目标是找出能以极低的剂量引发免疫反应的疫苗，光速团队会以这个方法选出后续用来进行临床试验的疫苗建构体。在未来几个月，这些选拔标准也会影响BioNTech 决定以哪一个疫苗建构体来进行第三期临床试验，以及最终会向全世界提供哪一个疫苗建构体。
一开始，BioNTech 团队计画进行最简单的「体外」试验，其实就是在玻璃培养皿上进行。由两位技术人员对细胞进行mRNA 转染，观察细胞是否产生新型冠状病毒棘蛋白的完美复制品。从科学的角度而言，这是很普通的试验，但说到对后续供临床试验或商业用途而批量生产的疫苗进行品质检查时，这些试验就显得非常重要。
体外试验是在玻璃培养皿上进行。图／Pixabay
接下来要在另外的地点进行动物试验。以八只小鼠为一组，将候选疫苗以低、中、高三种不同的剂量分别注入小鼠体内。注射完成后即开始监测有无副作用的迹象，六周的试验期间内，研究人员每隔一段时间就会抽取小鼠的血液，进行数百次非成即败的试验。
由克兰兹（Lena Kranz）和沃梅（Mathias Vormehr）率领的团队则是在血液样本中寻找两种T 细胞：CD4 T 细胞，又称为辅助型T 细胞，也就是扮演免疫反应发起者和指挥者角色。以及在外巡逻，天生具备「X 光视觉」，可以辨识并杀死施展伪装术敌人的CD8 T 细胞。
经常让对方无法接话的克兰兹和沃梅，就像是BioNTech 的「穆德和史考利」（译注：影集《X 档案》的主角），他们在研究生期间就对BioNTech 的癌症疫苗开发有所贡献，此后也成为领先全球的T 细胞侦探。
影集《X 档案》的主角穆德和史考利。图／IMDB
他们能够判断候选疫苗中所表现的新型冠状病毒棘蛋白是否引发T 细胞做出反应、免疫系统是否执行了它们所需的免疫反应，或是产生让新冠肺炎患者病情恶化的反应。不过，克兰兹和沃梅负责的试验相当复杂，需要一段时间才能完成。
与此同时，芙格的团队将利用技术已经相当成熟的酵素免疫吸附法（enzyme-linked immunosorbent assay，在生技界常以如人名般亲切的字首缩写ELISA 表示）来判断疫苗建构体是否能在小鼠体内诱发足够的抗体。
ELISA 跟新冠肺炎疫情大流行后常用来检测无症状传播，以及用来确定康复患者体内是否有抗体的检验方式很相似，但做法相对简单。不过，ELISA 无法区别抗体是单纯地与病毒结合，或者是以一种能够中和威胁、阻止病毒进入健康细胞的方式与病毒结合。为了查明抗体是否发挥功效，芙格的团队必须设计出具有「金标准」的实验，也就是病毒中和检测（virus neutralization test，VNT）。
用来检测酵素免疫吸附法的微量多孔盘。
BioNTech 已经具备检测中和抗体的技术能力，他们在与辉瑞合作开发流感疫苗的早期阶段就做过这类试验：将培养出来的病毒，以及含有具备中和潜力的抗体血清一起注入健康细胞中，五天后进行检查，观察细胞是否死亡，或者抗体是否发挥了预防感染的效用。
这些过程都是在BioNTech 的实验室里完成的，操作流感病毒的法规限制并不多。但面对具有高度传染性的新型病毒，监管机构得采取更多保护措施，截至2020 年2 月底，全球已有三千人因新型冠状病毒而丧命。
自1970 年代开始，操作危险微生物时就要遵循分级制度，并采取相应安全措施。致死率约为90% 的伊波拉病毒，被归类为最危险的病原体，相关实验必须在「生物安全等级第四级」（biosafety level four，BSL-4）的专门实验室里进行，操作人员必须穿着在灾难电影场景里会看到的全身防护衣，并使用独立的呼吸装备。（mRNA福星情报局）
至于存在已有几个世纪的流感病毒，如今大多数人体内已具备一些对抗流感病毒的自然防御机制，则被归类为「生物安全等级第二级」的病原体。操作这类病毒时，人员必须采取标准的防护措施，如穿戴手套和口罩，但几乎不需要其他专业设备。
新冠肺炎的活体病毒样本则归类在生物安全等级第三级，也就是只能在「生物安全柜」（biosafety cabinet）（译注：或称无菌操作台）中进行相关操作，生物安全柜是一个由玻璃隔屏保护的工作空间，操作人员透过一个小缝隙将手臂伸入其中。
生物安全柜是一个由玻璃隔屏保护的工作空间，操作人员透过一个小缝隙将手臂伸入其中
生物安全等级第三级实验室的墙面、天花板和地板需要使用不透气的建材，并设置附有密封门的前室，以及抗震的结构设计。实验室的气流必须严格受控，所有固定装置都要能够承受使用工业强度的化学物质进行定期清洁。
BioNTech 没有生物安全等级第三级的实验室，中和抗体检测必须在外部承包商提供的空间进行。这么做的花费相当昂贵，因为得将数千个样本放在超低温冷冻容器中来回运送，计画进行的速度也会因此慢下来。不用怀疑的是，承包公司只会在正常工作时间内上班，对疫苗建构体进行依序地而非同时的检测。待数据搜集、配方调整和再次检查错误等工作都完成后，光速团队才会初次看到相关数据，那会是三至四周后的事，疫苗评估作业的速度将大幅减缓。
本文摘自《光速计画：BioNTech疫苗研发之路》，天下文化出版。
作者／米勒（Joe Miller）、吴沙忻（Ugur Sahin）、图雷西（Özlem Türeci） 译者／陆维浓
相关知识：复必泰是什么？
复必泰疫苗是由上海复星医药和德国生物技术公司（BioNTech）联合研发和生产的新型冠状病毒肺炎（COVID-19）疫苗，BioNTech公司也同时与美国辉瑞公司达成合作 ，因此“复必泰疫苗”、“辉瑞疫苗”与“BioNTech疫苗”指的是同一款mRNA新冠疫苗。上海复星医药负责大中华地区临床研究与销售，美国辉瑞则负责其他地区，两者等级相同。在全球联合研发过程中，上海复星医药与中国医学科学院合作完成了多个mRNA候选疫苗的动物试验，并在临床研究、药理数据、药物警戒等多个方面与德方进行了深度合作。mRNA新冠疫苗研发成功，包含了中国科研团队的智慧，也是中德科研合作的典范项目之一，该疫苗目前已在港澳台地区上市使用。
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