Nature：威脅人類的病毒開啟了未來
摘要：研究人員利用人工智能（AI）模擬病毒的復雜結構，開發(fā)出了一種創(chuàng)新的治療平臺。
美國華盛頓大學的2024年諾貝爾化學獎得主David Baker教授，與浦項工科大學化學工程系的Sangmin Lee教授合作，利用人工智能（AI）模擬病毒的復雜結構，開發(fā)出了一種創(chuàng)新的治療平臺。他們的開創(chuàng)性研究成果發(fā)表在了當?shù)貢r間18日出版的《自然》雜志上。
病毒的獨特設計是將遺傳物質封裝在球形蛋白質外殼內，使它們能夠復制和侵入宿主細胞，經(jīng)常引起疾病。受這些復雜結構的啟發(fā)，研究人員一直在探索以病毒為模型的人工蛋白質。這些“nanocages（納米籠”模擬病毒行為，有效地將治療基因傳遞給目標細胞。然而，現(xiàn)有的納米籠面臨著重大的挑戰(zhàn)：它們的小尺寸限制了它們可以攜帶的遺傳物質的數(shù)量，而且它們簡單的設計無法復制天然病毒蛋白質的多功能性。
圖1 通過程序化對稱破缺設計的四組分蛋白質納米籠為了解決這些限制，研究團隊使用了人工智能驅動的計算設計。雖然大多數(shù)病毒顯示對稱結構，但它們也具有微妙的不對稱性。利用人工智能，該團隊重現(xiàn)了這些細微的特征，并首次成功地設計了四面體、八面體和二十面體形狀的納米籠。
由此產(chǎn)生的納米結構由四種類型的人工蛋白質組成，形成具有六種不同蛋白質-蛋白質界面的復雜結構。其中，直徑達75納米的二十面體結構比腺相關病毒（AAV）等傳統(tǒng)基因傳遞載體能夠容納三倍多的遺傳物質，這標志著基因治療的重大進步。
電子顯微鏡證實，人工智能設計的納米籠達到了預期的精確對稱結構。功能實驗進一步證明了它們能夠有效地將治療有效載荷輸送到靶細胞，為實際醫(yī)學應用鋪平了道路。
圖2 設計策略概述
Lee教授表示：“隨著人工智能的發(fā)展，可以根據(jù)人類的需要設計和組裝人工蛋白質，從而開啟了新時代。我們希望這項研究不僅能加速基因療法的發(fā)展，還能推動下一代疫苗和其他生物醫(yī)學創(chuàng)新的突破。”
這項研究得到了韓國科學和信息通信技術部杰出青年科學家計劃、納米和材料技術發(fā)展計劃以及全球前沿研究計劃的支持，美國霍華德休斯醫(yī)學研究所（HHMI）提供了額外的資金。
參考資料
[1] Four-component protein nanocages designed by programmed symmetry breaking
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