科学家们成功地工程化了在自然界中不存在的新蛋白质，以对抗某些毒性极强的元素，这些元素存在于蛇毒中。利用先进的深度学习和计算技术，他们旨在开发出比现有选择更安全、更实惠、更易获得的治疗方法。
每年，有超过200万人经历蛇咬，世界卫生组织估计超过10万人死亡，约30万人遭受严重并发症，包括肢体畸形、截肢或其他长期影响。撒哈拉以南非洲、南亚、巴布亚新几内亚和拉丁美洲等地区，蛇毒咬伤是一个严重的公共健康问题。
今天，1月15日，由华盛顿大学医学蛋白质设计研究所和丹麦技术大学的研究人员领导的团队在《自然》杂志上报告了他们的改进抗蛇毒血清治疗的研究成果。
苏珊娜·瓦斯奎兹·托雷斯是来自华盛顿大学医学院生物化学系的主要作者，来自墨西哥的克雷塔罗，该地区以蝰蛇和响尾蛇的种群而闻名。她旨在创造创新药物，以应对被忽视的疾病，包括蛇咬。
研究团队，包括国际蛇咬治疗和诊断的专家，专注于开发中和特定眼镜蛇类蛇毒的方法。眼镜蛇科，包括眼镜蛇和漫蛇，是一种分布在热带和亚热带地区的大型毒蛇家族。
大多数眼镜蛇类蛇拥有两个微小的牙齿，类似于浅细针。在持续的咬合中，牙齿从蛇口后部的腺体中注入毒素。在这些毒素中，有三指毒素，它们通过杀死细胞对身体组织造成伤害，并通过干扰神经和肌肉之间的通信可导致瘫痪和死亡。
目前，针对毒蛇眼镜蛇的咬伤治疗涉及使用来自已接种蛇毒的动物血浆中提取的抗体。生产这些抗体成本高昂，而且对三指毒素的效果仅有一定程度的效果，常常导致严重的副作用，如休克或呼吸问题。
瓦斯奎兹·托雷斯表示：“开发新治疗的过程非常缓慢和繁琐。”
为了加速更好疗法的发现，研究人员采用了深度学习技术。他们工程化了新蛋白质，这些蛋白质通过与三指毒素结合来相互作用并减轻其毒性和有害影响。
通过广泛的实验筛选，团队成功设计出表现出高热稳定性和强结合亲和力的蛋白质。在实验室合成的实际蛋白质在原子层面几乎完美符合理论设计。
在实验室测试中，这些工程化的蛋白质成功中和了所有三种亚家族的三指毒素。给小鼠施用后，这些蛋白质能够提供保护，防止潜在致命的神经毒素暴露。
新设计的蛋白质提供了显著的好处。它们可以使用重组DNA技术以一致的质量生产，避免了动物免疫的需要。（在此背景下，重组DNA技术指的是用于将新蛋白质的计算设计转化为合成产品的实验室方法。）
此外，这些蛋白质比传统抗体小，可能允许更深入的组织穿透，以迅速中和毒素并最小化损伤。
除了为新抗蛇毒血清开发铺平道路，研究人员还认为，计算设计方法也可以用于创造其他解毒剂。这些方法可能有助于识别影响科学研究能力有限地区的被忽视疾病的治疗。
研究人员强调：“使用计算设计方法可以大大降低开发被忽视的热带疾病治疗所需的成本和资源。”
参与设计眼镜蛇咬伤蛋白质治疗的高级研究员包括丹麦技术大学的蒂莫西·J·帕金斯和华盛顿大学医学蛋白质设计研究所及霍华德·休斯医学研究所的戴维·贝克。贝克在华盛顿大学医学院担任生物化学教授。
华盛顿大学已就本研究开发的蛋白质的设计和配方提交了暂时的美国专利申请。
