Nature：威脅人類的病毒開啟了未來

來源：作者：人氣：-發(fā)表時間：2024-12-26 10:56:00【大中小】

摘要：研究人員利用人工智能（AI）模擬病毒的復(fù)雜結(jié)構(gòu)，開發(fā)出了一種創(chuàng)新的治療平臺。

美國華盛頓大學(xué)的2024年諾貝爾化學(xué)獎得主David Baker教授，與浦項工科大學(xué)化學(xué)工程系的Sangmin Lee教授合作，利用人工智能（AI）模擬病毒的復(fù)雜結(jié)構(gòu)，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(dāng)?shù)貢r間18日出版的《自然》雜志上。

病毒的獨特設(shè)計是將遺傳物質(zhì)封裝在球形蛋白質(zhì)外殼內(nèi)，使它們能夠復(fù)制和侵入宿主細(xì)胞，經(jīng)常引起疾病。受這些復(fù)雜結(jié)構(gòu)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(zhì)。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(biāo)細(xì)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(zhì)的數(shù)量，而且它們簡單的設(shè)計無法復(fù)制天然病毒蛋白質(zhì)的多功能性。

圖1 通過程序化對稱破缺設(shè)計的四組分蛋白質(zhì)納米籠

為了解決這些限制，研究團(tuán)隊使用了人工智能驅(qū)動的計算設(shè)計。雖然大多數(shù)病毒顯示對稱結(jié)構(gòu)，但它們也具有微妙的不對稱性。利用人工智能，該團(tuán)隊重現(xiàn)了這些細(xì)微的特征，并首次成功地設(shè)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(jié)構(gòu)由四種類型的人工蛋白質(zhì)組成，形成具有六種不同蛋白質(zhì)-蛋白質(zhì)界面的復(fù)雜結(jié)構(gòu)。其中，直徑達(dá)75納米的二十面體結(jié)構(gòu)比腺相關(guān)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(zhì)，這標(biāo)志著基因治療的重大進(jìn)步。

電子顯微鏡證實，人工智能設(shè)計的納米籠達(dá)到了預(yù)期的精確對稱結(jié)構(gòu)。功能實驗進(jìn)一步證明了它們能夠有效地將治療有效載荷輸送到靶細(xì)胞，為實際醫(yī)學(xué)應(yīng)用鋪平了道路。

圖2 設(shè)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(shè)計和組裝人工蛋白質(zhì)，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(xué)創(chuàng)新的突破。”

這項研究得到了韓國科學(xué)和信息通信技術(shù)部杰出青年科學(xué)家計劃、納米和材料技術(shù)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(xué)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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