诺贝尔奖得主David Baker的团队设计了新的蛋白质，这些蛋白质能有效地中和危险的蛇毒毒素，显示出在全球范围内改变蛇咬伤治疗的潜力，提供更安全、更便宜且更有效的解决方案。
这项由诺贝尔奖得主David Baker和Timothy Patrick Jenkins领导的开创性研究，引入了创新的计算设计蛋白质，可以中和致命的蛇毒毒素，为更安全、更有效且成本效益更高的治疗提供了可能。
这种新方法有望显著改善全球数百万受毒蛇咬伤影响的人群的治疗效果，特别是在资源有限的地区。
蛇咬伤治疗的重大突破
一项由今年诺贝尔化学奖得主领导的研究于今天（1月15日）发表在《自然》杂志上，该研究介绍了一种潜在的蛇咬伤治疗变革。科学家们开发了创新的蛋白质，能够中和致命的蛇毒毒素，为传统抗蛇毒血清提供了一种更有希望、更安全且更有效的替代方案。
世界卫生组织（WHO）报告称，每年约有180万至270万人受到毒蛇咬伤的影响，导致大约10万人死亡，并使三倍于此数量的人留下永久残疾，如截肢。这些病例主要发生在非洲、亚洲和拉丁美洲，有限的医疗基础设施加剧了这一问题。
目前用于治疗蛇咬伤受害者的唯一抗蛇毒血清是从动物血浆中提取的，通常伴随着高昂的成本、有限的疗效和不良副作用。不同蛇种的蛇毒差异很大，因此需要针对不同地区的定制治疗。然而，在近年来，科学家们对蛇毒素有了更深入的理解，并开发了新的方法来对抗其影响。今天发表在《自然》上的这项研究就是其中的一项发展。
新研究表明，通过计算方法设计的蛋白质有望提供更安全、更高效的蛇咬伤治疗，旨在大幅减少全球蛇咬伤负担。图片来源：华盛顿大学
革命性的抗蛇毒药物开发
由2024年诺贝尔化学奖得主David Baker（华盛顿大学医学院）和Timothy Patrick Jenkins（丹麦技术大学）领导的团队，使用深度学习工具设计了新的蛋白质，这些蛋白质可以结合并中和致命的眼镜蛇毒素。
该研究集中在一类重要的蛇蛋白——三指毒素上，这类毒素往往是基于免疫动物的抗蛇毒血清失效的原因。
虽然这些AI生成的分子尚未能抵御完整的蛇毒——蛇毒是一种复杂的、每个蛇种特有的不同毒素混合物——但它们在小鼠实验中提供了对致命剂量的三指毒素的完全保护：80-100%的存活率，具体取决于剂量、毒素和设计的蛋白质。
这些毒素往往能逃避免疫系统的攻击，使得血浆衍生治疗无效。因此，这项研究表明，AI加速的蛋白质设计可以用于中和那些难以对抗的有害蛋白质。
“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。”该研究的主要作者Susana Vázquez Torres（华盛顿大学医学院蛋白质设计研究所Baker实验室的研究员）说。
“我们创造的抗毒素只需使用计算方法即可发现，生产成本低廉且在实验室测试中表现出色。”Baker说。
科学家们认为，创造能粘附并失活蛇毒素的蛋白质可以带来比传统治疗方法更多的优势。新抗毒素可以通过微生物制造，绕过传统的动物免疫化过程，从而大幅削减生产成本。
但还有更多优势，DTU生物工程学副教授Timothy Patrick Jenkins解释道：
“最令人印象深刻的结果是这些设计的蛋白质对小鼠的神经毒素保护作用。此外，这些设计的蛋白质非常小，我们预计它们能更好地渗透组织，并可能比现有抗体更快地中和毒素。而且由于这些蛋白质完全是在计算机上使用AI驱动的软件创建的，我们在发现阶段大幅减少了所需的时间。”
未来前景和更广泛的应用
尽管这些结果令人鼓舞，但研究团队强调，传统抗蛇毒血清在未来一段时间内仍将是治疗蛇咬伤的基石。新设计的计算机抗毒素最初可能会作为补充或强化剂，提高现有治疗的有效性，直到下一代独立疗法获得批准。
据科学家称，该研究描述的药物开发方法也可以用于许多目前缺乏治疗的疾病，包括某些病毒感染。因为蛋白质设计通常所需的资源比传统的实验室药物发现方法少得多，所以也有潜力使用类似的方法为更常见的疾病生成新的、更便宜的药物。
“我们无需进行多轮实验室实验就能找到表现良好的抗毒素——设计软件现在如此先进，我们只需要测试少量分子。”Baker说。“除了治疗蛇咬伤外，蛋白质设计将简化药物发现，特别是在资源有限的环境中。通过降低新药开发的成本和资源需求，我们正朝着每个人都能获得应有治疗的未来迈出重要一步。”
参考文献：“从头设计的蛋白质中和致命蛇毒毒素”由Susana Vázquez Torres、Melisa Benard Valle、Stephen P. Mackessy、Stefanie K. Menzies、Nicholas R. Casewell、Shirin Ahmadi、Nick J. Burlet、Edin Muratspahić、Isaac Sappington、Max D. Overath、Esperanza Rivera-de-Torre、Jann Ledergerber、Andreas H. Laustsen、Kim Boddum、Asim K. Bera、Alex Kang、Evans Brackenbrough、Iara A. Cardoso、Edouard P. Crittenden、Rebecca J. Edge、Justin Decarreau、Robert J. Ragotte、Arvind S. Pillai、Mohamad Abedi、Hannah L. Han、Stacey R. Gerben、Analisa Murray、Rebecca Skotheim、Lynda Stuart、Lance Stewart、Thomas J. A. Fryer、Timothy P. Jenkins 和 David Baker撰写，2025年1月15日，《自然》。DOI: 10.1038/s41586-024-08393-x
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