人工智能（AI）设计的蛋白质正被探索用于治疗从蛇咬到癌症的各种疾病。本周发表在《自然通讯》（Nature Communications）上的一项研究中，澳大利亚莫纳什大学及其他机构的科学家展示了一种由AI生成的生物蛋白，能够杀死如大肠杆菌（Escherichia coli）等抗生素耐药细菌。该研究的标题为“Inhibiting heme piracy by pathogenic Escherichia coli using de novo-designed proteins”。
该研究由Rhys Grinter博士和Gavin Knott博士共同领导，两人均为新成立的AI蛋白质设计项目（AI Protein Design program）的科学主任，该项目在莫纳什大学的生物医学发现研究所（Biomedicine Discovery Institute）和墨尔本大学的Bio21研究所设有节点。他们指出，该研究中使用的AI蛋白质设计平台是仿照华盛顿大学生物化学教授、蛋白质设计研究所主任、诺贝尔奖得主David Baker博士的工作建立的，并结合了开源蛋白设计工具以及部分自主研发的解决方案来生成候选药物。
博士生Daniel Fox完成了该研究所需的大部分实验工作，他表示：“开源工具使我们能够设计出能够结合特定靶点或配体的蛋白质，作为抑制剂、激动剂或拮抗剂，或设计出具有更高活性和稳定性的工程酶。重要的是，我们要让全球都能使用这些工具，实现蛋白质设计的民主化。”
根据该论文，科学家们结合“结构建模、冷冻电镜（Cryo-EM）、X射线晶体学、诱变和表型分析”等方法，研究了致病性大肠杆菌和志贺氏菌（Shigella spp）如何产生一种外膜转运蛋白ChuA。该蛋白可结合血红蛋白，提取其血红素辅因子，并将其导入细胞内。随后，研究人员利用AI设计出可阻断血红蛋白与ChuA结合的结合蛋白（binders），从而抑制大肠杆菌的生长。他们报告称，已设计出多个可在低纳摩尔浓度下抑制大肠杆菌生长的结合蛋白。
研究人员在论文中写道：“这项工作展示了从头设计蛋白质在抑制细菌病原体生长方面的效用，通过阻断关键营养物质的摄入实现抗菌效果。此外，它也展示了基于AI的蛋白质设计技术在调控膜转运蛋白功能方面的潜力，所使用的流程可应用于其他生物中的整合膜蛋白。”
此外，他们还指出：“对从头设计的ChuA结合蛋白的功能和生化分析明确证实，它们是高效抑制血红蛋白中血红素提取的高亲和力抑制剂。”研究人员还确认，所设计的结合蛋白的晶体结构与实验结果一致。
莫纳什大学生物医学发现研究所主任John Carroll在评论这项研究时表示，它展示了新成立的AI蛋白质设计项目的实用价值。他说：“这使澳大利亚在这一激动人心的新治疗和研究工具设计模式中迎头赶上。这也要归功于两位杰出的年轻科学家夜以继日的努力，从零开始构建这一能力。”
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