Искусственные белки, созданные ИИ, нейтрализуют токсины змеиного яда
Исследование, проведенное нобелевским лауреатом по химии этого года, показывает возможный прорыв в лечении укусов змей. Ученые создали новые белки, нейтрализующие смертельные токсины в змеином яде, что потенциально предлагает более безопасную и эффективную альтернативу традиционным антидотам.
По данным ВОЗ, ядовитые укусы змей ежегодно поражают от 1,8 до 2,7 миллионов человек, приводя примерно к 100 000 смертей и в три раза большему числу случаев постоянной инвалидности, включая потерю конечностей. Большинство случаев происходит в Африке, Азии и Латинской Америке, где слабые системы здравоохранения усугубляют проблему.
В настоящее время единственные антидоты для лечения жертв укусов змей получают из плазмы животных. Они часто отличаются высокой стоимостью, ограниченной эффективностью и побочными эффектами. Яды также сильно различаются у разных видов змей, что требует специальных методов лечения в разных частях мира.
Однако в последние годы ученые получили более глубокое понимание змеиных токсинов и разработали новые способы борьбы с их воздействием. Одна из таких разработок была опубликована 15 января в журнале Nature.
Команда под руководством нобелевского лауреата по химии 2024 года Дэвида Бейкера из Медицинской школы Вашингтонского университета и Тимоти Патрика Дженкинса из DTU (Технический университет Дании) использовала инструменты глубокого обучения для создания новых белков, которые связываются с токсинами смертоносных кобр и нейтрализуют их.
80–100% выживаемость у мышей
Исследование сосредоточено на важном классе змеиных белков — трехпальцевых токсинах, которые часто являются причиной неэффективности антидотов на основе иммунизированных животных.
Хотя пока они не защищают от полного змеиного яда (сложной смеси различных токсинов, уникальной для каждого вида змей), молекулы, созданные ИИ, обеспечивают полную защиту от смертельных доз трехпальцевых токсинов у мышей: выживаемость составила 80–100% в зависимости от точной дозы, токсина и созданного белка.
Эти токсины, как правило, ускользают от иммунной системы, что делает лечение на основе плазмы неэффективным. Таким образом, это исследование демонстрирует, что ускоренный с помощью ИИ дизайн белков можно использовать для нейтрализации вредных белков, с которыми иначе было трудно бороться.
"Я считаю, что дизайн белков поможет сделать лечение от укусов змей более доступным для людей в развивающихся странах", — сказала Сусана Васкес Торрес, ведущий автор исследования и исследователь в лаборатории Бейкера в Институте дизайна белков при UW Medicine.
"Антитоксины, которые мы создали, легко обнаружить, используя только вычислительные методы. Они также дешевы в производстве и стабильны в лабораторных испытаниях", — сказал Бейкер.
Ученые предположили, что создание белков, которые прилипают к змеиным токсинам и обезвреживают их, может дать несколько преимуществ по сравнению с традиционными методами лечения. Новые антитоксины можно производить с помощью микроорганизмов, что позволяет обойти традиционную иммунизацию животных и потенциально резко снизить стоимость производства.
Но есть и другие преимущества, объясняет Тимоти Патрик Дженкинс, доцент DTU Bioengineering: "Самый замечательный результат — это впечатляющая защита от нейротоксинов, которую они обеспечили мышам.
Однако одно дополнительное преимущество этих созданных белков заключается в том, что они маленькие — настолько маленькие, что мы ожидаем, что они будут лучше проникать в ткани и потенциально нейтрализовать токсины быстрее, чем современные антитела. И поскольку белки были созданы полностью на компьютере с помощью программного обеспечения на базе ИИ, мы значительно сократили время, затрачиваемое на этап открытия".
Новый подход к разработке лекарств
Хотя эти результаты обнадеживают, команда подчеркивает, что традиционные антидоты останутся краеугольным камнем в лечении укусов змей в обозримом будущем. Новые антитоксины, созданные на компьютере, изначально могут стать добавками или укрепляющими агентами, которые повышают эффективность существующих методов лечения, пока не будут одобрены автономные терапии следующего поколения.
По словам ученых, подход к разработке лекарств, описанный в этом исследовании, также может быть полезен для многих других заболеваний, для которых сегодня нет лечения, включая некоторые вирусные инфекции. Поскольку дизайн белков, как правило, требует меньше ресурсов, чем традиционные лабораторные методы открытия лекарств, существует также потенциал для создания новых, но менее дорогих лекарств от более распространенных заболеваний с использованием аналогичного подхода.
"Нам не нужно было проводить несколько раундов лабораторных экспериментов, чтобы найти хорошо работающие антитоксины — программное обеспечение для дизайна сейчас настолько хорошее, что нам нужно было протестировать всего несколько молекул", — сказал Бейкер.
"Помимо лечения укусов змей, дизайн белков поможет упростить открытие лекарств, особенно в условиях ограниченных ресурсов. Снижая затраты и требования к ресурсам для мощных новых лекарств, мы делаем значительные шаги к будущему, где каждый сможет получить заслуженное лечение".