人工智能设计蛋白质攻克百年难题：抗蛇毒小分子研发获突破

【美南新闻泉深】通过人工智能（AI）设计的蛋白质可以有效中和毒蛇毒液中的致命毒素，为解决每年造成约10万人死亡的蛇咬问题带来了希望。这项研究于2025年1月15日发表在《自然》期刊上，不仅标志着蛇咬治疗领域的一次革命性突破，也展示了人工智能在计算蛋白质设计领域的强大潜力。

蛇咬治疗的历史困境

蛇咬在世界许多地区是导致死亡和永久残疾的主要原因之一。根据世界卫生组织（WHO）的报告，蛇咬被列为与登革热、狂犬病等并列的优先被忽视热带病。然而，蛇咬治疗方法多年来变化甚微，目前仍主要依赖从马或羊血清中提取的抗体制成的抗毒血清。这些传统治疗方法存在安全性和有效性问题，而且必须由专业医疗人员在诊所或医院中进行注射，严重限制了它们在资源匮乏地区的可及性。

人工智能设计蛋白质的突破

由美国华盛顿大学的计算生物物理学家大卫·贝克（David Baker）团队开发的蛋白质设计程序RFdiffusion为这一困境带来了新解决方案。受生成图像AI工具（如DALL-E）的启发，RFdiffusion能够快速设计出能够牢固结合目标蛋白质的小型蛋白质。这一技术此前已被证明在癌症、自身免疫疾病等领域有很大潜力。

值得一提的是，2024年诺贝尔化学奖得主大卫·贝克因其团队开发的AlphaFold AI而受到高度关注，该工具能够预测蛋白质结构，为生物学研究带来深远影响。贝克在RFdiffusion的开发和应用中也发挥了关键作用。他的贡献不仅奠定了计算蛋白质设计的理论基础，还推动了这一领域技术的实际应用，最终为蛇咬治疗提供了创新性解决方案。

实验室研究员苏珊娜·巴斯克斯·托雷斯（Susana Vázquez Torres）提出将RFdiffusion应用于蛇咬治疗。蛇毒中含有多种蛋白质毒素，可引起神经麻痹、组织损伤和死亡。托雷斯及其团队利用RFdiffusion设计了能够识别和结合蛇毒中关键毒素区域的“迷你结合体”（mini-binders）。

实验验证与成果

研究团队针对眼镜蛇、蝰蛇等毒蛇的三类主要毒素进行设计。仅筛选几十种蛋白质后，他们就发现了一些能够与毒素牢固结合的迷你结合体。进一步的实验表明，这些迷你结合体可以中和蛇毒毒素对神经递质、肌肉细胞以及组织的破坏作用。

在小鼠实验中，研究团队将迷你结合体与毒素预先混合后注射，即使是致死剂量，实验鼠也能存活。此外，即便在注射毒素15分钟后才给予迷你结合体治疗，实验鼠依然全部存活。托雷斯表示：“这是我职业生涯中最激动人心的实验结果之一。”

潜在优势与未来展望

研究人员指出，与传统抗毒血清相比，人工智能设计的迷你结合体具有多个优势：

1.稳定性强：迷你结合体无需冷藏，适合在偏远或资源有限地区使用。

2.成本低廉：可通过工业化发酵大量生产，生产成本低于现有治疗方案。

3.适应性强：未来可根据不同地区毒蛇种类调整组合配方。

尽管当前实验仅针对部分毒素进行研究，但研究团队计划将迷你结合体扩展为包括磷脂酶类毒素在内的多种蛇毒毒素的“鸡尾酒疗法”。这种组合疗法将大幅提高治疗效果。

挑战与前景

尽管这项技术的潜力巨大，但将其推向临床仍面临资金和资源的挑战。贝克团队指出，与癌症和自免疫疾病等领域相比，蛇咬等因发病率较低、经济效益不乐观而被忽视的疾病很难获得足够的投资。然而，这项研究为解决蛇咬问题开辟了全新道路，也展现了AI技术在公共卫生领域的广阔应用前景。

研究人员正努力寻找资金支持，将人工智能设计的抗毒血清推进至临床试验阶段，为全球蛇咬受害者带来福音。这项研究不仅再次验证了大卫·贝克在计算蛋白质设计领域的卓越贡献，也彰显了诺贝尔奖级别科学家的持续创新力。