科学家用深度学习技术设计蛋白质，高效中和蛇毒毒素，突破传统抗蛇毒血清的局限，为低成本治疗提供新希望。
蛇咬伤中毒是一种被忽视的热带疾病，每年造成超过10万人死亡，还有更多人因其引发的神经毒性或组织坏死而遭受长期痛苦。目前的治疗手段主要依赖从动物血浆中提取的多克隆抗体，但这种方法成本高昂且效果有限，特别是对毒蛇毒液中的三指毒素(3FTx)无能为力。
科学家通过深度学习技术，从头设计出针对蛇毒中短链和长链α-神经毒素以及细胞毒素的蛋白质。这些设计的蛋白具有高度的热稳定性和极强的结合能力，并能有效中和三指毒素的三大亚家族毒素。在小鼠实验中，这些蛋白成功保护实验对象免受致命神经毒素的侵害。这一方法不仅更安全、更具成本效益，还为资源有限地区开发下一代抗蛇毒疗法提供了新方向。
与传统方法相比，这种从头设计的蛋白质有多个优势。首先，它不依赖动物免疫，避免了批次间的差异。其次，计算机设计能针对毒素分子结构定制高亲和力的结合蛋白，减少了对毒液提取的依赖。此外，小尺寸蛋白更容易穿透组织，能够迅速中和毒素，显著提升疗效。其高热稳定性还支持低成本微生物发酵生产，使得在低资源地区的大规模应用成为可能。
传统抗蛇毒血清由于毒素免疫原性低、生产成本高、容易引发严重过敏反应等原因，限制了其广泛应用。相比之下，这种新型结合蛋白不仅在中和毒素的效能上与最佳免疫球蛋白相媲美，还可以通过微生物系统快速生产。它们的小尺寸能够迅速渗透组织，直接中和深层毒素，为治疗因蛇咬伤导致的神经毒性和组织坏死提供了有效解决方案。
此外，这一技术的成功还展示了从头设计在药物开发中的潜力。通过计算机模拟，可以快速设计针对特定目标分子的结合蛋白，显著降低研发成本，为低收入和中等收入国家的科学家参与治疗开发铺平道路。这种方法还可以扩展到其他热带被忽视疾病的治疗研发，为全世界范围内的公共健康危机提供新武器。
科学家们还指出，虽然传统抗蛇毒血清可能在短期内继续作为主要治疗手段，但将从头设计的结合蛋白作为辅助剂，可以显著提高治疗效果，特别是在治疗以低分子量毒素为主的毒蛇咬伤时。这些毒素通常具有低免疫原性，却对健康构成重大威胁，因此需要更有效的中和手段。
通过RFdiffusion方法设计的结合蛋白不仅可以中和蛇毒，还为开发更广谱的抗蛇毒疗法铺平了道路。这些结合蛋白能够覆盖更多种类的毒蛇毒素，提高了治疗的通用性和可靠性。此外，设计毒素结合蛋白的计算机模拟过程减少了对实验资源的依赖，使得低收入和中等收入国家也能够参与药物研发和生产。
研究还表明，这些结合蛋白的结构设计十分灵活，可根据目标毒素的特定形状和作用机制进行调整。例如，对于细胞毒素，设计出的结合蛋白能够针对其破坏细胞膜的关键结构区域进行有效抑制。这种精准设计能力进一步证明了计算机辅助药物研发的前景。
要实现这些创新疗法的广泛应用，需要科研界、制药行业、公共卫生系统和政府之间的紧密合作。尽管传统抗蛇毒血清在未来仍将发挥重要作用，但通过结合这些从头设计的蛋白质，可以显著提升治疗效率，并降低生产和分发的成本。这对资源匮乏地区尤其重要，因为这些地区往往受到蛇咬伤的严重威胁，但却缺乏足够的医疗资源。
更广泛地看，从头设计的结合蛋白展示了如何通过计算技术和深度学习推动药物研发的民主化。这种方法降低了传统抗体开发的高门槛，为科学家们提供了更高效的解决方案。尤其是在被忽视的热带疾病领域，这种技术为开发安全、有效且价格合理的治疗方案提供了无限可能。
这一突破性研究不仅对蛇咬伤治疗具有深远影响，还为药物设计和开发开辟了新道路。从头设计的结合蛋白为治疗包括蛇咬伤在内的多种被忽视的热带疾病提供了一个低成本、高效率的解决方案，充分展示了人工智能和生物技术结合的强大潜力。
本文译自 Nature，由 BALI 编辑发布。
