人工智能战胜毒液：计算设计的创新蛋白质蛇毒解药问世

今年的诺贝尔化学奖得主今天（1月15日）在《自然》杂志上发表了一项突破性研究，介绍了一种可能改变蛇咬伤治疗的方法。 科学家们开发出了能够中和致命蛇毒毒素的创新蛋白质，为传统抗蛇毒血清提供了一种前景广阔、更安全、更有效的替代品。

据世界卫生组织（WHO）报告，每年有180万至270万人被毒蛇咬伤，每年约有10万人因此而死亡，三倍于此人数的人因此而终身残疾，如截肢。 这些病例大多发生在非洲、亚洲和拉丁美洲，这些地区有限的医疗基础设施使问题更加严重。

目前，用于治疗蛇咬伤患者的唯一抗蛇毒血清来自动物血浆，往往成本高昂、疗效有限，而且存在不良副作用。 不同蛇种的毒液也大相径庭，因此需要在世界不同地区定制治疗方法。 不过，近年来科学家们对蛇毒有了更深入的了解，并开发出了对抗蛇毒影响的新方法。 今天，《自然》杂志发表了其中一项研究成果。

这项新研究揭示了通过计算方法设计蛋白质来更安全、更有效地治疗蛇咬伤的潜力，旨在大幅减轻全球蛇咬伤负担。 资料来源：华盛顿大学

开发出革命性的抗蛇毒血清

2024 年诺贝尔化学奖获得者、来自华盛顿大学医学院的戴维-贝克（David Baker）和来自丹麦科技大学（DTU）的蒂莫西-帕特里克-詹金斯（Timothy Patrick Jenkins）领导的研究小组利用深度学习工具设计出了能与致命眼镜蛇毒素结合并中和毒素的新蛋白质。

这项研究的重点是一类名为三指毒素的重要蛇类蛋白质，这种毒素往往是基于免疫动物的抗蛇毒血清失效的原因。

人工智能生成的分子虽然还不能完全抵御蛇毒--蛇毒是一种复杂的混合物，由每种蛇特有的不同毒素组成--但却能完全抵御小鼠体内致命剂量的三指毒素：80%-100%的存活率，具体取决于确切的剂量、毒素和设计的蛋白质。

这些毒素往往会避开免疫系统，从而使血浆衍生疗法失效。 因此，这项研究表明，人工智能加速的蛋白质设计可以用来中和那些难以对付的有害蛋白质。

这项研究的第一作者、华大医学中心蛋白质设计研究所贝克实验室的研究员苏珊娜-巴斯克斯-托雷斯（Susana Vazquez Torres）说："我相信，蛋白质设计将有助于让发展中国家的人们更容易获得蛇咬伤治疗。"

"我们创造的抗毒素只需使用计算方法就很容易发现。 "贝克说："它们的生产成本也很低，而且在实验室测试中表现强劲。"

科学家们推断，与传统治疗方法相比，创造出能粘附蛇毒素并使其失效的蛋白质能带来多种优势。 新的抗毒素可以利用微生物制造，从而避免了传统的动物免疫，并有可能降低生产成本。

但DTU生物工程副教授蒂莫西-帕特里克-詹金斯（Timothy Patrick Jenkins）解释说，这种技术还有更多优势：

"最引人注目的结果是它们为小鼠提供了令人印象深刻的神经毒素保护。 然而，这些设计的蛋白质还有一个额外的好处，那就是它们很小，事实上小到我们希望它们能比目前的抗体更好地穿透组织，更快地中和毒素。 而且，由于这些蛋白质完全是利用人工智能软件在计算机上创建的，因此我们大大缩短了发现阶段所花费的时间。"

未来前景和更广泛的应用

尽管这些结果令人鼓舞，但研究小组强调，在可预见的未来，传统抗蛇毒血清仍将是治疗蛇咬伤的基石。 在独立的下一代疗法获得批准之前，计算机设计的新型抗毒素最初可能会成为提高现有治疗效果的补充剂或强化剂。

据科学家们称，这项研究中描述的药物开发方法也可用于目前缺乏治疗手段的许多其他疾病，包括某些病毒感染。 由于蛋白质设计通常比传统的实验室药物发现方法需要更少的资源，因此也有可能利用类似的方法为更常见的疾病开发出成本更低的新药。

贝克说："我们不需要进行几轮实验室实验就能找到性能良好的抗毒素--现在的设计软件非常好，我们只需要测试几个分子。除了治疗蛇咬，蛋白质设计还有助于简化药物发现，尤其是在资源有限的环境中。 通过降低强效新药的成本和资源需求，我们正朝着人人都能获得应有治疗的未来迈出重要的一步。"

编译自/scitechdaily