AI設計的蛋白質對抗致命蛇毒

每年，毒蛇會造成超過100,000人死亡，還有300,000人受到嚴重傷害，例如截肢、癱瘓和永久性殘疾。受害者通常是撒哈拉以南非洲、南亞和拉丁美洲農村社區的農民、牧民和兒童。對他們來說，蛇咬不僅僅是一個醫療危機，更是一場經濟災難。

治療方法在一百多年來沒有改變。抗毒素是從免疫動物的血液中提取的，價格昂貴，製造困難，且對於最致命的毒素往往無效。更糟的是，這些抗毒素需要冷藏和受過訓練的醫療人員，使得許多最需要的人無法獲得。

現在，由計算生物學家蘇莎娜·瓦斯克斯·托雷斯 (Susana Vázquez Torres) 領導的團隊，利用人工智慧 (AI) 創造出全新的蛋白質，能在實驗室測試中中和致命的蛇毒，速度更快、成本更低、效果更好，超越傳統抗毒素。他們的研究發表在《自然》雜誌上，介紹了一種新型合成蛋白質，成功保護動物免受致命蛇毒的影響。

人工智慧如何破解蛇毒的秘密

在過去的一個世紀裡，抗毒素的生產依賴於動物免疫，需要數千次的蛇毒提取和血漿提取。托雷斯和她的團隊希望用人工智慧驅動的蛋白質設計來取代這個過程，將數年的工作壓縮到幾週內。

利用NVIDIA安培架構和L40 GPU，貝克實驗室使用深度學習模型，包括RFdiffusion和ProteinMPNN，生成數百萬種潛在的抗毒素結構，這些結構是在計算機模擬中產生的。他們沒有在實驗室篩選這些蛋白質，而是使用人工智慧工具預測設計的蛋白質如何與蛇毒毒素互動，迅速鎖定最有前景的設計。

結果非常驚人：

• 新設計的蛋白質緊密結合三指毒素 (3FTx)，這是眼鏡蛇毒中最致命的成分，有效中和其毒性。
• 實驗室測試證實了它們的高穩定性和中和能力。
• 小鼠實驗顯示在接觸致命神經毒素後的存活率達到80-100%。
• 這些人工智慧設計的蛋白質小巧、耐熱且易於製造，無需冷藏。

為最被忽視的受害者提供生命線

與傳統抗毒素每劑數百美元的價格不同，這些人工智慧設計的蛋白質可能以低成本大量生產，使得生命救助的治療能夠在最需要的地方提供。

許多蛇咬受害者無法負擔抗毒素，或因為成本和可及性問題而延遲尋求治療。在某些情況下，治療的經濟負擔可能會使整個家庭陷入更深的貧困。擁有可及、負擔得起且穩定的解毒劑，將能拯救數百萬人的生命和生計。

超越蛇咬：人工智慧設計醫藥的未來

這項研究不僅僅是針對蛇咬。根據研究人員的說法，這種人工智慧驅動的方法也可以用來設計針對病毒感染、自身免疫疾病和其他難以治療的疾病的精準治療。

通過用算法精確替代試錯的藥物開發，使用人工智慧設計蛋白質的研究人員正在努力使拯救生命的藥物在全球變得更具可負擔性和可及性。

托雷斯和她的合作者，包括來自丹麥技術大學、北科羅拉多大學和利物浦熱帶醫學院的研究人員，現在專注於為這些中和蛇毒的蛋白質準備臨床測試和大規模生產。

如果成功，這項人工智慧驅動的進步將能拯救生命，並提升全球家庭和社區的生活。