在過去四年里，世界衛(wèi)生組織兩次將猴痘病毒列為全球最高級別的公共衛(wèi)生緊急事件。然而，目前針對猴痘的治療方法仍然非常有限。近日，南京大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院鄭鵬教授課題組在猴痘病毒研究領(lǐng)域取得了一項(xiàng)新突破。團(tuán)隊(duì)利用人工智能、分子動(dòng)力學(xué)和單分子力譜等先進(jìn)技術(shù)，解析了猴痘病毒如何感染和結(jié)合人體細(xì)胞的機(jī)制，并成功設(shè)計(jì)了可用于治療猴痘的新型蛋白候選藥物。研究成果已在國際著名生物期刊《elife》上發(fā)表。

猴痘病毒是一種人畜共患病毒，與天花病毒有密切關(guān)系。雖然它不像天花那么致命，但仍然會(huì)導(dǎo)致皮膚潰爛，嚴(yán)重時(shí)可能引發(fā)肺炎或腦炎。目前已在100多個(gè)國家和地區(qū)發(fā)現(xiàn)了猴痘確診病例，找到猴痘的“弱點(diǎn)”并開發(fā)新藥和疫苗變得至關(guān)重要。

課題組突破了傳統(tǒng)研究手段的限制，結(jié)合人工智能與分子動(dòng)力學(xué)模擬，首次解析了猴痘病毒感染宿主細(xì)胞的關(guān)鍵分子機(jī)制。研究人員通過AI技術(shù)分析大量病毒蛋白結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)，并結(jié)合分子動(dòng)力學(xué)模擬，精確預(yù)測了猴痘病毒表面蛋白與宿主受體的結(jié)合模式。隨后，通過單分子力譜技術(shù)，直接測量了病毒蛋白與宿主細(xì)胞受體的相互作用力，最終揭示了病毒的黏附機(jī)制。研究發(fā)現(xiàn)，猴痘病毒利用特定蛋白與宿主細(xì)胞膜上的受體結(jié)合，形成強(qiáng)大的分子相互作用，從而實(shí)現(xiàn)穩(wěn)固的感染。這一發(fā)現(xiàn)為阻斷病毒侵染提供了全新策略。

過去，科學(xué)家發(fā)明一種新藥通常需要10到15年時(shí)間，需要大量的實(shí)驗(yàn)，測試成千上萬種分子，看看哪種可以對抗病毒或細(xì)菌。這個(gè)過程既費(fèi)時(shí)間又很難成功。而AI技術(shù)可以讓這一過程變得更快、更精準(zhǔn)。一方面，AI可以幫助找到病毒的“弱點(diǎn)”，即病毒進(jìn)入人體細(xì)胞所需的特殊蛋白質(zhì)，科學(xué)家可以用AI分析病毒的結(jié)構(gòu)，找到最關(guān)鍵的部分作為藥物攻擊的目標(biāo)。另一方面，AI可以在電腦里模擬成千上萬種可能的藥物分子，快速找到最有可能有效的候選藥物，然后再進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，從而節(jié)省幾年的時(shí)間。

團(tuán)隊(duì)不僅在AI建模、分子動(dòng)力學(xué)模擬、單分子力譜測量等多個(gè)領(lǐng)域進(jìn)行了深入研究，還整合了生物化學(xué)、計(jì)算生物學(xué)和生物物理學(xué)等跨學(xué)科技術(shù)，推動(dòng)了蛋白藥物研發(fā)的新方向。鄭鵬表示，未來隨著AI技術(shù)的發(fā)展，AI設(shè)計(jì)蛋白藥物有望成為抗病毒治療的新范式，徹底改變現(xiàn)有的藥物研發(fā)模式。希望通過AI技術(shù)，讓蛋白設(shè)計(jì)進(jìn)入智能化時(shí)代，開發(fā)更多基于AI的新型藥物和疫苗，加速人類對抗疾病的步伐。