新的人工智能設計的蛋白質可以對抗致命的蛇毒

人工智能可以消除蛇毒的咬傷。

利用人工智能，科學家們設計出了對眼鏡蛇和其他毒蛇所使用的毒素沒有那麼快的蛋白質。這是一種概念驗證方法，有一天可能會為蛇咬傷提供一種新的治療方法。在實驗室實驗中，定制蛋白質挽救了接受致命劑量毒素的小鼠的生命，研究人員 1 月 15 日報告自然。

德國布倫瑞克工業大學的抗體研究員邁克爾·赫斯特（Michael Hust）沒有參與這項新研究，他說，這些蛋白質“確實發揮了作用”。 “老鼠活下來了。這是我們都想要的。”

這項工作代表了最新的現實生活應用，為三位科學家贏得了。 2022 年，醫學生物技術學家蒂莫西·詹金斯 (Timothy Jenkins) 發現了來自西雅圖華盛頓大學醫學院生物化學家、諾貝爾獎獲得者之一戴維·貝克 (David Baker) 實驗室的預印本。預印本描述人工智能設計的蛋白質可以像強力膠一樣粘附在特定分子上。

這引發了一個想法。人工智能能否想出一種設計來夾緊併中和蛇毒毒素？

位於林比的丹麥技術大學的詹金斯多年來一直致力於開發治​​療蛇咬傷的新療法。在世界範圍內，每年約有 10 萬人被蛇咬傷而死亡。毒蛇可以通過咬傷釋放大量毒素。其中一些最危險的物質包括被稱為三指毒素的分子，它可以麻痺肌肉，使人們的心臟和呼吸能力停止。詹金斯說，抗蛇毒血清是存在的，但技術已經過時。 “裡面沒有很多錢，所以沒有吸引很多創新。”

他說，目前的抗蛇毒血清生產商通過擠奶來提取蛇毒，這“就像處理一顆活的手榴彈”。將小劑量的毒液注射到馬或其他大型動物體內，生產者隨後從中收穫抗體。

當給被蛇咬傷的受害者註射時，這些抗體會與毒液毒素結合併將其關閉。但製造抗蛇毒血清既昂貴又耗時，因此科學家們一直在尋找其他方法。最近取得成功的一個選擇是掃描大量的。

借助人工智能，科學家可以快速且經濟高效地從頭開始構建毒素靶向蛋白質。 Jenkins 和 Baker 合作使用名為 RFdiffusion 的生成式 AI 模型創建定制蛋白質。它是一個免費的蛋白質設計工具，與生成圖像的人工智能有一些相似之處。 RFdiffusion 不是讓人想起教皇穿著羽絨服的照片，而是 可以設計出與科學家想要靶向的分子相匹配的蛋白質設計。

Baker 的團隊此前已根據所有已知的蛋白質結構及其氨基酸序列（折疊成蛋白質 3D 形狀的一串分子構建塊）對模型進行了訓練。然後，研究人員通過計算分解了這些形狀。這教會了模型如何將其成分組合成完整的蛋白質，就像學習如何通過拆解來製造汽車發動機一樣。

貝克和詹金斯要求人工智能設計能夠附著在毒液毒素上的蛋白質。然後他們在實驗室製造了蛋白質。就像覆蓋鑰匙尖端的磁帽使其不再適合鎖一樣，合成的蛋白質可以阻止毒素與細胞對接。

該團隊在註射致死劑量的眼鏡蛇毒素 15 分鐘後或與毒素同時注射給 20 隻小鼠注射定制蛋白。每隻老鼠都活了下來。 “我們對此感到非常非常興奮，”詹金斯說。這是蛋白質力量的鮮明展示。接下來，該團隊希望將其蛋白質開發成可以在人體上進行測試的實際產品。休斯特說，科學家需要確保定制蛋白質是安全的，並且不會在人體組織中意外結合。

詹金斯同意。這項新研究只是消除毒液危害的第一步。 “這在很大程度上證明了這項極其新技術的有效性，”他說。