科学家利用人工智能创造全新的抗蛇毒蛋白，太厉害了

摘要：首先，抗蛇毒素成本高且难以制造，因为生产它们需要维护马厩。此外，它们的质量参差不齐，因为依赖不完善的免疫系统会产生不均衡的效果，而且抗蛇毒素对某些毒素的效果比其他毒素更好——只能部分中和蛇毒这种复杂混合物中的最小成分，并且对某些物种的咬伤效果不佳。它们会引发接

首先，抗蛇毒素成本高且难以制造，因为生产它们需要维护马厩。此外，它们的质量参差不齐，因为依赖不完善的免疫系统会产生不均衡的效果，而且抗蛇毒素对某些毒素的效果比其他毒素更好——只能部分中和蛇毒这种复杂混合物中的最小成分，并且对某些物种的咬伤效果不佳。它们会引发接种者的过敏反应和其他不良副作用。而且，由于它们是一种生物产品，传统的抗蛇毒素对温度非常敏感，需要冷藏储存和运输——增加了成本和难以获取性。在南半球国家蛇咬伤尤为常见的农村地区，治疗尤其困难。

相比之下，新设计的蛋白质在更广泛的温度范围内都很稳定，可以使用酵母等微生物大量生产，副作用更少，而且更容易微调和保持一致性。“这些小型从头蛋白质有许多非常有趣的优势，包括热稳定性、制造成本，以及它们可以以抗体无法做到的方式靶向某种东西，”贾丁解释说。他建议，有朝一日，这样的产品可能会通过“类似 EpiPen 的设备”交付，在最需要的地方随时可用。

蛇毒由多种毒素混合而成。Vázquez Torres 和她的同事专注于研究三指毒素 (3FTx)，这是一种致命的化合物，传统抗蛇毒血清通常对其效果不佳。3FTx 在眼镜蛇科蛇类的毒液中尤为突出，眼镜蛇科包括眼镜蛇、曼巴蛇和珊瑚蛇。这些毒素（蛋白质本身）对哺乳动物的身体造成严重破坏。有些是麻痹性神经毒素，有些会破坏细胞并损伤组织。

在人工智能生成的输出中，研究人员发现了三种蛋白质候选物（蓝色、紫色、粉色），它们与每种毒素（棕褐色）结合并中和了关键的结合大小。

图片来源：Vázquez Torres 等人

该研究的作者将最有希望的氨基酸链反向翻译成 DNA 序列，然后使用经过改造的细菌泵出蛋白质。他们在一组培养皿实验中用人类肌肉和皮肤细胞测试了他们的最佳候选者，并发现蛋白质对所有三种焦点毒素都有效。这进一步缩小了候选范围，每个类别只剩下一个领跑者。科学家们在一系列小鼠实验中测试了这些候选者。

在初步测试中，他们的抗细胞毒素候选物没有减少与中毒相关的皮肤病变，因此研究人员停止了测试。但其他两种候选蛋白质被证明更有效。当直接与目标毒素混合并注射到小鼠体内时，这两种抗神经毒素蛋白都阻止了所有小鼠死亡（如果不添加保护性蛋白质，100％的小鼠会死亡）。

为了模拟治疗咬伤的过程，科学家们随后测试了当先注射每种毒素，然后再注射候选蛋白质时，小鼠的情况。其中一种蛋白质拯救了 100% 的小鼠，即使在注射毒素 30 分钟后注射也是如此。第二种蛋白质在注射 15 分钟后阻止了 80% 的死亡，在注射半小时后阻止了 60% 的死亡。

“这些蛋白质在动物身上发挥作用，这令人震惊。我们不需要做任何优化，”Vázquez Torres 说。“第一次尝试就发现有效的东西，真是太不可思议了。”此外，得益于人工智能的计算帮助，这项研究从构思到提交出版数据只用了大约一年的时间。“我认为这就像是任何一种科学论文的创纪录时间”她说。

这些发现只是抗蛇毒血清研究最近一波新进展中的最新进展，例如 Jardine 的合成抗体和再利用药物。世卫组织于 2017 年将蛇毒定为一种被忽视的热带病，优先考虑蛇咬伤以获得更多投资和公共卫生考虑。从那时起，就有了源源不断的研究。“这为我们解决问题的武器库又增加了一种工具。[这些蛋白质] 将具有抗体所没有的独特应用，反之亦然，”Jardine 说。

然而，在从头蛋白获准用于人类之前，还有很长的路要走。小鼠试验没有发现任何明显的负面副作用，尽管这些蛋白质在体内如何发挥作用以及它们是否真正安全仍不得而知。Vázquez Torres 和 Jardine 都指出，它们是全新的分子，需要进行广泛的筛选和测试，以检测脱靶反应和不良反应。“我们需要证明这些分子是安全的。我们需要真正了解它们的机制，”Vázquez Torres 说。任何设计蛋白抗蛇毒血清要上市还需要很多年。

如果真的如此，那么 Vázquez Torres 和她的同事发现的蛋白质将远远不够。它们只能对付某些毒液中的两种毒素。Vázquez Torres 说，可能需要将大约十种精心设计的蛋白质混合在一起才能中和完整的毒液。在寻找广谱或通用抗蛇毒血清的过程中，科学家们仍在努力。

尽管如此，利用微生物按需生产新天然蛋白质的前景让科学家们兴奋不已。这种兴奋感不仅仅局限于抗蛇毒血清。从头蛋白质有朝一日可能会成为各种疾病的替代疗法。氨基酸结构介于生物药物（由生物体制造或衍生）和小分子药物（如阿司匹林）之间，后者是化学合成的。“你可以想象这可以解决大量问题，而这些问题是传统方法无法解决的，”贾丁说。“这是一种全新的做事方式，我们才刚刚开始。”