人工智能工具设计出与科学家想要瞄准的毒素相匹配的蛋白质
当像莫桑比克吐毒眼镜蛇这样的蛇咬人时，它们会通过毒液向受害者释放强效毒素。人工智能设计的能够粘附这些毒素的蛋白质有一天可能成为新的抗蛇毒血清疗法的一部分。
数字视觉/盖蒂图片社
人工智能可以消除蛇毒的咬伤。
利用人工智能，科学家们设计出了对眼镜蛇和其他毒蛇所使用的毒素没有那么快的蛋白质。这是一种概念验证方法，有一天可能会为蛇咬伤提供一种新的治疗方法。在实验室实验中，定制蛋白质挽救了接受致命剂量毒素的小鼠的生命，研究人员 1 月 15 日报告自然。
德国布伦瑞克工业大学抗体研究员 Michael Hust 表示，这些蛋白质“确实发挥了作用”，他没有参与这项新研究。– 老鼠幸存下来。这就是我们都想要的。”
这项工作代表了最新的现实生活应用，为三位科学家赢得了2024年诺贝尔化学奖。2022 年，医学生物技术学家蒂莫西·詹金斯 (Timothy Jenkins) 发现了来自西雅图华盛顿大学医学院生物化学家、诺贝尔奖获得者之一戴维·贝克 (David Baker) 实验室的预印本。预印本描述人工智能设计的蛋白质像强力胶一样粘附在特定分子上。
这引发了一个想法。人工智能能否想出一种设计来夹紧并中和蛇毒毒素？
位于林比的丹麦技术大学的詹金斯多年来一直致力于开发治疗蛇咬伤的新疗法。在世界范围内，每年约有 10 万人被蛇咬伤而死亡。毒蛇可以通过咬伤释放大量毒素。其中一些最危险的物质包括被称为三指毒素的分子，它可以麻痹肌肉，使人们的心脏和呼吸能力停止。詹金斯说，抗蛇毒血清是存在的，但技术已经过时。“这里面没有很多钱，所以没有吸引很多创新。”
他说，目前的抗蛇毒血清生产商通过挤奶来提取蛇毒，这“就像处理一颗活的手榴弹”。将小剂量的毒液注射到马或其他大型动物体内，生产者随后从中收获抗体。
当给被蛇咬伤的受害者注射时，这些抗体会与毒液毒素结合并将其关闭。但制造抗蛇毒血清既昂贵又耗时，因此科学家们一直在寻找其他方法。最近取得成功的一个选择是扫描大量的实验室制造的抗体可识别针对特定毒素的抗体。
借助人工智能，科学家可以快速且经济高效地从头开始构建毒素靶向蛋白质。Jenkins 和 Baker 合作使用名为 RFdiffusion 的生成式 AI 模型创建定制蛋白质。它是一种免费的蛋白质设计工具，与生成图像的人工智能有一些相似之处。RFdiffusion 不是让人想起教皇穿着羽绒服的照片，而是 可以设计出与科学家想要靶向的分子相匹配的蛋白质设计。
Baker 的团队此前已根据所有已知的蛋白质结构及其氨基酸序列（折叠成蛋白质 3D 形状的一串分子构建块）对模型进行了训练。然后，研究人员通过计算分解了这些形状。这教会了模型如何将其成分组合成完整的蛋白质，就像学习如何通过拆解来制造汽车发动机一样。
贝克和詹金斯要求人工智能设计能够附着在毒液毒素上的蛋白质。然后他们在实验室制造了蛋白质。就像覆盖钥匙尖端的磁帽使其不再适合锁一样，合成的蛋白质可以阻止毒素与细胞对接。
该团队在注射致死剂量的眼镜蛇毒素 15 分钟后或与毒素同时注射给 20 只小鼠注射定制蛋白。每只老鼠都活了下来。“我们对此感到非常非常兴奋，”詹金斯说。这是蛋白质力量的鲜明展示。接下来，该团队希望将其蛋白质开发成可以在人体上进行测试的实际产品。休斯特说，科学家需要确保定制蛋白质是安全的，并且不会在人体组织中意外结合。
詹金斯同意。这项新研究只是消除毒牙危害的第一步。“这在很大程度上只是证明了这种极其新技术的有效性，”他说。