AI如何破解蛇毒密码

AI 驱动的医学有望为世界上最易受影响的人群带来救及时的蛇咬伤治疗。

每年，被毒蛇咬伤并导致死亡的人数超过 10 万，另外约有 30 万人因此受到严重伤残，包括截肢、瘫痪和永久性残疾。受害者大多是撒哈拉以南非洲、南亚和拉丁美洲农村地区的农民、牧民和儿童。对他们来说，被蛇咬伤不仅是一场医疗危机，更是一场经济灾难。

一个多世纪以来，并没有很好的针对毒蛇咬伤的疗法。抗蛇毒血清取自免疫动物的血液，价格昂贵，生产难度大，而且对于最致命的毒素往往效果不佳。更具挑战的是，抗蛇毒血清需要冷藏保存，还需要专业的医护人员进行注射，这使得很多有急迫需求的人得不到及时的治疗。

如今，由计算生物学家 Susana Vázquez Torres 领导的团队，利用 AI 技术创造出了全新的蛋白质。在实验室测试中，这些蛋白质能够中和致命的蛇毒，而且比传统抗蛇毒血清速度更快、成本更低、效果更好。Susana Vázquez Torres 就职于著名的由诺贝尔奖得主 David Baker 领导的华盛顿大学蛋白质设计研究所。团队发表在《自然》杂志上的研究成果，介绍了一类新型合成蛋白质，这类蛋白质能够成功保护动物免受很有可能致命剂量的蛇毒毒素的侵害。

AI 如何破解蛇毒密码

一个多世纪以来，抗蛇毒血清的生产一直依赖动物免疫，这需要从数千条蛇身上采集毒液并提取血浆。Torres 和她的团队希望用 AI 驱动的蛋白质设计来取代这种方法，将需要历时数年的工作压缩到几周内完成。

该团队利用NVIDIA Ampere架构和 GPU，通过包括 RFdiffusion 和 ProteinMPNN 在内的深度学习模型，通过计算机仿真生成了数百万种潜在的抗毒素结构。不同于传统的形式，需要在实验室中筛选大量此类蛋白质，该团队借助 AI 工具预测这些设计出的蛋白质将如何与蛇毒毒素相互作用，从而迅速制定出最有前景的设计。

取得的成果也令人瞩目：

新设计的蛋白质与三指毒素（3FTx）紧密结合，三指毒素是眼镜蛇科蛇毒中最致命的成分，新设计的蛋白质有效地中和了其毒性；

实验室的测试证实了这些蛋白质具有高度稳定性和中和能力；

通过小白鼠实验，在接触致命神经毒素后，小鼠的存活率达到 80% - 100%。

AI 设计的蛋白质体积小、耐热且易于生产、无需冷藏。

为最易被忽视的受害者带来生机

与每剂数百美元的传统抗蛇毒血清不同，这些由 AI 设计的蛋白质有可能实现低成本大规模生产，从而让有迫切需求的患者能够获得及时的治疗。

许多蛇咬伤受害者因无力承担抗蛇毒血清的费用，或因费用和可及性障碍而延误治疗。在某些情况下，治疗的经济负担会使整个家庭陷入更深的贫困。有了这种易于获取、价格亲民且常温下可长期保存的解毒剂，数百万的生命和家庭有望得到帮助。

远不止蛇咬伤治疗：

AI 设计药物的未来

研究人员表示，这项研究的意义不止于蛇咬伤治疗。由 AI 驱动方法可用于设计针对病毒感染、自身免疫性疾病和其他难治性疾病的精准治疗方案。

研究人员利用 AI 设计蛋白质，可以通过精准的算法取代试错式的药物研发方式，致力于在全球范围内降低救命药物的成本，使其更加经济且易于获取。

Torres 和她的合作伙伴，包括来自丹麦技术大学、北科罗拉多大学和利物浦热带医学院的研究人员，目前正专注于将这些中和蛇毒的蛋白质用于临床试验和大规模生产。如果取得成功，这项由 AI 推动的革新将拯救无数生命，为世界各地的家庭和社区创造福祉。