Nature：威胁人类的病毒开启了未来

来源：作者：人气：-发表时间：2024-12-26 10:56:00【大中小】

摘要：研究人员利用人工智能（AI）模拟病毒的复杂结构，开发出了一种创新的治疗平台。

美国华盛顿大学的2024年诺贝尔化学奖得主David Baker教授，与浦项工科大学化学工程系的Sangmin Lee教授合作，利用人工智能（AI）模拟病毒的复杂结构，开发出了一种创新的治疗平台。他们的开创性研究成果发表在了当地时间18日出版的《自然》杂志上。

病毒的独特设计是将遗传物质封装在球形蛋白质外壳内，使它们能够复制和侵入宿主细胞，经常引起疾病。受这些复杂结构的启发，研究人员一直在探索以病毒为模型的人工蛋白质。这些“nanocages（纳米笼”模拟病毒行为，有效地将治疗基因传递给目标细胞。然而，现有的纳米笼面临着重大的挑战：它们的小尺寸限制了它们可以携带的遗传物质的数量，而且它们简单的设计无法复制天然病毒蛋白质的多功能性。

图1 通过程序化对称破缺设计的四组分蛋白质纳米笼

为了解决这些限制，研究团队使用了人工智能驱动的计算设计。虽然大多数病毒显示对称结构，但它们也具有微妙的不对称性。利用人工智能，该团队重现了这些细微的特征，并首次成功地设计了四面体、八面体和二十面体形状的纳米笼。

由此产生的纳米结构由四种类型的人工蛋白质组成，形成具有六种不同蛋白质-蛋白质界面的复杂结构。其中，直径达75纳米的二十面体结构比腺相关病毒（AAV）等传统基因传递载体能够容纳三倍多的遗传物质，这标志着基因治疗的重大进步。

电子显微镜证实，人工智能设计的纳米笼达到了预期的精确对称结构。功能实验进一步证明了它们能够有效地将治疗有效载荷输送到靶细胞，为实际医学应用铺平了道路。

图2 设计策略概述

Lee教授表示：“随着人工智能的发展，可以根据人类的需要设计和组装人工蛋白质，从而开启了新时代。我们希望这项研究不仅能加速基因疗法的发展，还能推动下一代疫苗和其他生物医学创新的突破。”

这项研究得到了韩国科学和信息通信技术部杰出青年科学家计划、纳米和材料技术发展计划以及全球前沿研究计划的支持，美国霍华德休斯医学研究所（HHMI）提供了额外的资金。

参考资料

[1] Four-component protein nanocages designed by programmed symmetry breaking


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