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Scientist Chris Buck demonstrated that consuming home-brewed beer made with genetically modified yeast can trigger an immune response, potentially revolutionizing vaccine distribution as a food product. This yeast-based approach could bypass complex manufacturing and regulatory hurdles, offering a rapid and accessible biosecurity tool for future outbreaks.
AI 生成摘要
科學家 Chris Buck 證明了飲用以基因改造酵母釀造的自製啤酒可以觸發免疫反應，這項發現可能讓疫苗以食品形式分發，從而徹底改變防疫現狀。這種基於酵母的方法能繞過複雜的製造與監管障礙，為未來的疫情爆發提供快速且易於取得的生物安全工具。
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疫苗可以像食物一樣分發。這是美國國家癌症研究所科學家克里斯·巴克（Chris Buck）研究工作中的激進啟示。今年 12 月，克里斯喝下了他在自家廚房用基因改造酵母釀造的啤酒。幾週後，血液檢測顯示他體內針對 BK 多瘤病毒（BKV）菌株的抗體濃度顯著增加，而此前他體內並無此抗體。他的發現挑戰了許多關於口服疫苗的傳統思維。
現在，巴克認為他可以為各種病毒性疾病開發以酵母為基礎的疫苗。如果他的願景成真，在下一次疫情爆發期間，你可能只需喝杯啤酒或吃些酵母脆片就能保護自己。此外，你可能在疫情開始後的幾週內就能做到這一點，而不需要等待數月或數年的藥物審批流程。針對的法規，比針對疫苗和其他藥品的法規要容易處理得多。
雖然巴克的壯舉看起來像是一場瘋狂的生物駭客實驗，但實際上這是大約十五年研究工作的結晶。
對大多數人來說，BKV 被認為不會引起明顯症狀。它會導致某些人患上膀胱癌。大多數人在七歲前就已感染過該病毒，據估計，至少 80% 的人攜帶半活性或潛伏形式的病毒。^()
通常免疫系統會抑制病毒，使其不構成問題。然而，該病毒會對免疫功能低下的人造成嚴重破壞，例如接受腎移植並接受人工免疫抑制的患者。（多年來，一直有移植候補名單上的人給巴克發郵件，懇求他提供疫苗。）多瘤病毒一種稱為「間質性膀胱炎」（痛苦膀胱綜合症）的常見疾病有關，儘管直接的因果關係尚未得到最終證實。
巴克的實驗室協助發現了已知感染人類的 14 種多瘤病毒中的 5 種。他們還協助證明，當病毒的外殼蛋白組裝成二十面體殼時，具有高度的免疫原性。在過去幾年中，他們在猴子身上評估了注射型多瘤病毒疫苗，並在小鼠身上評估了酵母型多瘤病毒疫苗。
第一款疫苗由 BKV 的外殼蛋白作為免疫原組成，這些蛋白會組裝成被稱為「類病毒顆粒」的二十面體殼。當對恆河猴進行肌肉注射時，疫苗使抗體水平飆升至被認為能為移植受者提供強大腎損傷保護的水平。在為期兩年的研究期間，抗體水平一直保持在高位。
不幸的是，擴大病毒外殼蛋白的生產和純化規模既複雜又昂貴。該疫苗技術於 2019 年成功給一家工業合作夥伴，但尚未宣佈人體臨床試驗，這表明臨床級材料的開發具有挑戰性。這促使巴克探索是否可以使用基因工程釀酒酵母（Saccharomyces cerevisiae）更便宜地生產這些顆粒。
他們的初步測試觀察了將磨碎的酵母噴入小鼠鼻子和劃入皮膚的效果。通過這些途徑輸送的磨碎酵母有效，但效果不如注射純化顆粒。
多瘤病毒主要存在於泌尿道而非腸道。因此，沒有人預料到口服疫苗會奏效，但為了完整性，他們還是決定嘗試一下。在第一次嘗試中，他們給小鼠餵食磨碎的酵母，結果完全無效。
接著，他們嘗試給小鼠餵食混入食物中的完整活酵母。令他們驚訝的是，這種方法誘發了抗體反應。噴入鼻子的活酵母沒有誘發反應，但吃下去的卻有。
一旦進入腸道，酵母似乎開始降解並釋放出空的病毒殼，從而觸發免疫反應。^()
這些初步結果非常令人震驚，以至於他們重複了幾次實驗。巴克幾十年來斷斷續續地在家釀酒，因此對他來說，該項目的下一個明顯步驟就是使用 VP1 酵母釀造啤酒，然後在自己身上進行測試。
巴克提交了一份機構審查委員會（IRB）提案，以獲得將酵母帶回家並釀造啤酒供自己飲用的許可。令他驚訝的是，一個機構生物倫理委員會在 IRB 甚至還沒考慮之前，就從提交門戶中撤回了該提案。委員會辯稱，嚴禁自我實驗。巴克說他找不到任何關於此點的書面政策。委員會還辯稱，巴克不能食用該酵母菌株，除非它首先在 FDA 註冊為「研究中新藥」（IND）。^() 委員會拒絕承認酵母（包括基因改造菌株）根據聯邦法律符合食品標準的事實。
根據巴克的說法，NIH 生物倫理委員會認為禁止自我實驗的觀點是錯誤的。在啤酒自我實驗之前很久，巴克就曾根據一項名為「研究者通過指尖採血自採血液用於血凝抑制試驗」的協議，尋求並獲得了 IRB 的許可，採集自己的一滴血用於實驗室。
這款啤酒是一款「立陶宛風格農場艾爾」。 巴克實驗室的富布賴特學者埃米利亞·瓦西柳奈特（Emilia Vasiliunaite）來自立陶宛，她提供了原始的 VP1 酵母菌株。巴克沒有繼續與生物倫理委員會抗爭，而是回到了自家的廚房。巴克說，他的靈感來自生物醫學領域悠久的自我實驗傳統，包括相對較近期的「快速部署疫苗協作組織」（Radvac）的活動（註：我目前在 Radvac 從事基於人工智慧的抗病毒藥物項目）。^() Radvac 由資深科學家在 SARS-CoV-2 疫情初期發起，旨在利用相對簡單的現有技術創建並自我接種疫苗。
延續這一傳統並在業餘時間利用個人資源，巴克建立了一個微型分子生物學實驗室，訂購了所需的質粒 DNA 合成，將其轉化為酵母，並釀造了世界上第一批疫苗啤酒。為了向與他實驗室分享 BKV VP1 酵母的立陶宛合作者致敬，他選擇了來自立陶宛帕克魯奧伊斯（Pakruojis）的農場菌株。
一旦他在懸浮的酵母細胞中看到綠色螢光（這是生產 BKV VP1 免疫原的指標），他就開始飲用這批啤酒。巴克說，這款啤酒是他釀造過最美味的家釀啤酒之一。
上圖顯示了巴克實驗的結果。X 軸下方的啤酒圖標代表為期五天的給藥窗口。啤酒分幾次給藥，以研究抗體如何增加並觀察口服耐受性的發展。在飲用啤酒之前，巴克擁有 BKV I 型抗體，但沒有 II 型或 IV 型抗體。疫苗含有來自 BKV IV 型的殼蛋白，但結果產生了能中和 II 型和 IV 型的抗體。
口服疫苗並非新鮮事。描述了生活在現代印度或其附近的人們有時採用口服天花接種法，作為將乾燥天花痂劃入皮膚的較不痛苦的替代方案。雖然皮膚劃痕法被認為更優越，但口服法有時用於怕痛的兒童，並被發現能「產生同樣的效果」。只需將少量乾燥的天花痂與糖混合，由兒童吞下即可。
第一款廣泛使用的口服疫苗出現在 1950 年代中期，用於對抗脊髓灰質炎病毒，它由活的減毒病毒組成。脊髓灰質炎自然感染腸道內壁，因此口服疫苗非常合理。FDA 還批准了針對傷寒、霍亂、輪狀病毒以及腺病毒 4 型和 7 型的疫苗。
傷寒疫苗由活的減毒傷寒桿菌組成，於 1989 年獲得 FDA 批准。霍亂疫苗含有滅活的霍亂弧菌加上重組霍亂毒素 B 亞基，於 2016 年獲得批准。FDA 已批准了，由活但減毒的病毒組成。陸軍為新兵提供針對腺病毒 4 型和 7 型的疫苗，該疫苗由活病毒組成。有趣的是，陸軍的疫苗是腸溶衣片劑中的活病毒。腺病毒感染腸道內壁。然而，由於該病毒在呼吸道比在腸道內壁更「自在」，因此病情要輕得多。儘管如此，該疫苗仍會讓人感到不適幾天。巴克曾考慮向陸軍新兵提供酵母型腺病毒疫苗，然後對其進行監測，看是否能防止他們在服用標準活腺病毒疫苗時生病。
儘管上一節提到了顯著的成功，口服疫苗仍面臨巨大挑戰——它們必須在胃部的惡劣環境中生存，然後從腸道內觸發免疫反應。免疫系統已經進化到不會對食物中發現的新物質產生強烈反應——否則你每次嘗試新食物都會引發大規模炎症。當攝入新物質時，免疫系統會尋找炎症等危險信號。如果沒有檢測到，可能會產生調節性 T 細胞，實際上會抑制對該物質的任何免疫反應。
目前的免疫學觀點認為，口服疫苗必須觸發初始炎症反應，否則就有可能觸發對病毒抗原的耐受性——這與其預期目的恰恰相反。它們還必須在將副作用保持在可控範圍內的同時做到這一點。目前的口服疫苗以腹痛、噁心和腹瀉等副作用而聞名。
鑑於這一切，人們可能會奇怪為什麼酵母疫苗能刺激免疫反應而沒有誘導耐受性。雖然釀酒酵母是無害的，但酵母細胞壁上的多糖在某些情況下可以，這可能就是這裡發生的情況。巴克，即 VP1 免疫原與小腸中稱為 M 細胞的免疫呈遞細胞結合，從而觸發導致抗體產生的免疫級聯反應。Dukoral 口服霍亂疫苗中使用的霍亂毒素亞基和 BKV VP1 顆粒都與神經節苷脂結合，而神經節苷脂已知存在於腸道 M 細胞表面。
酵母型疫苗為研究開闢了有趣的途徑。例如，（影響美國約 0.5% 的人口）與尿液中高水平的 BKV（或其近親 JC 多瘤病毒）排出有關。不幸的是，這種關聯並不能最終證明多瘤病毒會導致痛苦膀胱綜合症，而且除非因果關係得到證實，否則製藥公司不太可能開發疫苗來預防或治療該病。與其等待，痛苦膀胱綜合症患者可以食用旨在增強免疫系統對 BKV 反應的酵母產品，然後觀察膀胱疼痛是否消失。
在中，巴克提到在罕見情況下，大腦中也發現了多瘤病毒，他認為這使其成為阿茲海默症病因的可能嫌疑對象。由於都已經感染了多瘤病毒，要建立病毒與阿茲海默症或膀胱癌之間的聯繫非常具有挑戰性。現在，人們可以在生命早期食用多瘤病毒疫苗，長期隨訪可以觀察與未食用該疫苗的對照組相比，阿茲海默症或膀胱癌是否有任何減少。
從理論上講，酵母型疫苗應該能減少疫苗猶豫。一方面，脂質納米顆粒、mRNA 和病毒載體聽起來既可怕又陌生，而酵母是啤酒和酸種麵包中熟悉的成分。
如上所述，這裡不需要添加佐劑，佐劑是通常添加到疫苗中以刺激免疫反應的化合物。鋁鹽和硫柳汞等佐劑化合物以前曾引起疫苗懷疑論者的強烈反對。
最值得注意的是，20-30% 的成年人對針頭有強烈的恐懼，一項估計，約 20% 的人僅因恐懼針頭而避免接種流感疫苗。針頭恐懼與一種普遍的人類認知偏差有關，稱為（Horn effect）。簡單來說，喇叭效應原則是說，當一件可怕的事物經常與一件無害的事物同時出現時，無害的事物也會變得可怕。有人可能會爭辯說，針頭作為尖銳物體本質上是可怕的，圍繞疫苗產生了明顯的喇叭效應。但針頭本身也存在喇叭效應。亞歷克斯·塔巴羅克（Alex Tabarrok），針頭通常出現在醫院內嚴重疾病的背景下，因此與「嚴肅的醫學」——可怕的東西——聯繫在一起。因此，心理學家認為疫苗猶豫在很大程度上是由針頭恐懼驅動的，這並不奇怪。有趣的是，人們在醫生的建議下很容易服用藥丸，儘管藥丸所含的物質通常比疫苗危險得多。
當然，我們可以預料許多人在食用「啤酒疫苗」時會持謹慎態度，特別是如果它還沒有經過大規模臨床試驗。然而，隨著越來越多的人創建並食用酵母型疫苗，對它們的信心將會增長。
雖然大規模、執行良好的隨機 III 期試驗對於準確量化有效性至關重要，但 FDA 要求在允許人們接種疫苗之前進行漫長的 III 期試驗，這讓疫苗看起來很可怕。正如巴克的那樣：「在過去半個世紀裡，我們的反應是想像我們可以通過展示日益嚴格的 FDA 審批標準來重建公眾對疫苗的信任。這種方法適得其反。想像一下，如果我著手對香蕉進行安全性測試，我穿上防護服並用鑷子處理香蕉……你會想：『哇，看來香蕉可能和核廢料一樣安全。』」
巴克認為，很有可能為禽流感或 SARS-CoV-2 開發酵母型疫苗。這是一個大膽的說法，但非常值得考慮其對生物安全的影響。
目前的 SARS-CoV-2 疫苗有助於預防住院和死亡，但由於在預防感染方面表現極差，因此非常不理想。這是因為它們主要誘導全身免疫（IgG 抗體），但在誘導黏膜免疫（IgA 抗體）方面表現較差。分泌在黏液中的 IgA 抗體可以在病毒最可能進入人體的地方——鼻腔——提供關鍵的「第一道防線」。
酵母型疫苗可以探索的一種策略稱為「」（prime and spike）。這包括使用含佐劑的注射型疫苗，隨後使用不含佐劑的鼻腔疫苗。粗略地說，注射型疫苗刺激全身免疫，而鼻腔疫苗刺激黏膜免疫。噴在已經接種過注射型 SARS-CoV-2 疫苗的人鼻腔內的酵母型 SARS-CoV-2 疫苗，可以在整個鼻腔誘導強大的黏膜免疫，從而可能大幅降低感染風險。
在流行病期間，酵母可以通過兩種互補的形式進行快速、去中心化的分發——乾酵母脆片和啤酒。（這裡的一個重要例外是歐盟，除非獲得監管機構授權，否則培養基因改造酵母是非法的。^()）乾酵母可以作為脆片或餅乾食用，也可以裝入（可能是腸溶的）膠囊中。
啤酒的一個優勢是，全國每家微型釀酒廠都有能力批量生產。巴克已經與有興趣釀造疫苗啤酒的釀酒廠進行了交談，也有許多腎移植患者有興趣飲用。鑑於巴克針對相對冷門的多瘤病毒開發的疫苗啤酒已經獲得了積極反應，在流行病期間，可以想像許多微型釀酒廠會希望在社區提供疫苗啤酒，而且許多人會有興趣飲用。
雖然大多數標準啤酒需要發酵至少一週以使風味成熟，但巴克說，斯堪地那維亞和波羅的海的農場風格設計為在釀造後幾天內飲用。乾酵母「脆片」的生產比啤酒生產更快，但並非天差地遠。從少量酵母開始，生長出足夠的酵母來製作一批脆片可能需要幾天時間。接著，酵母需要風乾或裝入低溫食品脫水機。這通常還需要一天左右。，酵母型疫苗可以保持一年或更長時間的保質期。
動物可以很容易地進行大規模疫苗接種——農民只需將酵母撒在飼料中即可應對禽流感。^() 最近，用於研發酵母型疫苗，該疫苗展示了在三種 H5N1 禽流感菌株中發現的血凝素蛋白。
顯然，這裡最大的勝利是能夠以去中心化的方式生產疫苗，並在幾週內開始分發給人們，而不是等待 FDA 的緊急使用授權（EUA），在疫情期間這些授權或者 。研究安全性與有效性的臨床試驗將並行舉行。在美國，銷售基因改造酵母是合法的，只要產品沒有標註或宣傳為治療任何特定疾病。酵母疫苗可以以「增強免疫系統」的名義銷售，這是許多產品上已有的通用主張。關於如何合法地將基因改造酵母作為「公認安全」（GRAS）食品銷售的更多信息，請參見。
一個著名的先例是 ，這是一種不產生乳酸的基因改造細菌，而乳酸是導致蛀牙、齲齒和口臭的原因。只要不以預防蛀牙的名義銷售，銷售它是完全合法的。另一個先例是 公司，該公司銷售一種含有表達 GLP-1 樣肽的基因改造酵母補充劑。我不禁還要提到 ZBiotics，該公司銷售一種，該細菌經過改造後能產生一種類似於肝臟用來處理乙醇的酶。
目前，巴克正計劃進行 BKV 疫苗的 I 期人體試驗，並開始研究針對流感、COVID-19 和腺病毒的酵母型疫苗。
克里斯的兄弟創辦了 ，這是一家獲准銷售食品級基因改造酵母產品的公司。
我在其中從事抗病毒藥物重用人工智慧研究的 ，剛剛啟動了一個專注於酵母型疫苗的新研究項目。
感謝克里斯·巴克對本文初稿提供的廣泛評論，以及普雷斯頓·埃斯特普（Preston Estep）的校對。
^()巴克說，在他自己的調查中，約 90% 的人擁有 BKV 抗體，這與現有研究一致。在剩下的 10% 中，巴克假設這些人可能已經感染，但只有低燒，從未嚴重到足以誘發抗體反應。
^()這與 一致，該研究表明，經基因工程改造以產生 GLP-1 樣肽的酵母可以存活足夠長的時間，從而在小鼠腸道中產生大量該肽。
^()在 NIH，將在人體中研究的化合物註冊為 IND 是一項標準做法，以確保臨床試驗符合 FDA 的嚴格規定。註冊為 IND 也有助於知識產權聲索。然而，巴克不想將酵母註冊為 IND，不僅是因為涉及繁瑣的文書工作，還因為如果 FDA 對食品/補充劑授予 IND，那麼在 FDA 眼中它通常就不再是食品/補充劑，而變成了藥物。鑑於風險，巴克不願意冒這個險，這是正確的。
^()另一個著名的自我實驗是巴里·馬歇爾（Barry Marshall）吞食幽門螺桿菌以證明該細菌會導致胃潰瘍。在 1950 年代，喬納斯·索爾克（Jonas Salk）在臨床試驗前為自己、妻子和孩子接種了疫苗，以證明其滅活脊髓灰質炎疫苗的安全性和有效性。科學家是最了解自己所承擔風險的人，那些為了崇高事業而願意冒險的人應該受到讚揚。禁止科學家參與自己的研究與禁止消防員衝進著火的建築物沒有太大區別。
^()基因改造食品在歐盟通常是被禁止的，到目前為止，歐盟似乎還沒有合法化任何基因改造酵母菌株。這與美國形成鮮明對比，在美國，各種基因改造酵母菌株在釀酒師中很受歡迎。（最受歡迎的菌株產生乳酸，一種酸味劑，還有其他產生水果風味的菌株）。這些基因改造酵母菌株在歐盟即使是為了個人消費而培養也是非法的。
^()巴克指出，許多釀酒廠和蒸餾廠通常會將發酵罐中用剩的穀物捐贈給農民，以便他們將其用作雞或牛的飼料。如果蒸餾廠使用表達疫苗免疫原的酵母菌株版本，家畜疫苗接種過程將成為現有供應鏈的自動免費副產品。