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Nature:計算機輔助設計的迷你蛋白可能成為新類型藥物

閱讀:824      發(fā)布時間:2017-10-11
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   科學家已經(jīng)創(chuàng)造了一種高通量、快速的方法,可以從頭開始設計并生成數(shù)千種不同的、微型的、穩(wěn)定的蛋白質,可以結合特定的治療靶點。 華盛頓大學醫(yī)學院生物化學教授和他的同事在9月27日《Nature》上發(fā)表的文章中報道了他們的發(fā)現(xiàn)。

   防治傳染病( 如流感 )和開發(fā)針對神經(jīng)毒素的解毒劑是該研究的兩個目標。該方法可以迅速合成數(shù)千種新的候選藥物,即小分子蛋白。這些以前不存在于自然界中的、計算機設計的蛋白質,將小分子藥物的穩(wěn)定性和生物利用度,與較大生物制劑的特異性和效力相結合。使得這些微型蛋白質粘合劑有可能成為新一批藥物,彌補小分子藥物和生物制劑之間的差距。它們可以被設計成以高選擇性的靶標結合分子,但是它們更加穩(wěn)定和更容易結合到需要的地方上去。

   華盛頓大學的研究人員利用名為Rosetta的計算機建模平臺,他們設計了數(shù)千種微型的蛋白質,長度約為40個氨基酸。這些不存在于自然界的蛋白質,被Rosetta建模軟件預測會與分子靶標緊密結合,從而抑制靶標蛋白的正常功能。由于它們的體積小,這些短的蛋白質往往非常穩(wěn)定,它們可以無冷藏儲存,它們也比大型蛋白質藥物如單克隆抗體更容易進入身體。

  以前,這些微型蛋白質通常是天然存在的蛋白質的衍生物。然而,這些衍生蛋白并不比單克隆抗體效果更好。由于該研究中的微型蛋白質是從頭設計,因此可以更加自由地定制出需要的功能,也更容易地進行修改和調整。在這項研究中,研究人員試圖設計兩套微型蛋白質:一套可以防止流感病毒侵入細胞;另一套可以結合和中和肉毒中毒致命的神經(jīng)毒素,這種毒素被認為是潛在的生物武器。

  計算機建模確定了適合并結合流感和肉毒桿菌目標的數(shù)千種短蛋白質的氨基酸序列。研究人員創(chuàng)建了大量很短的DNA片段,這些片段可以編碼出需要的微型蛋白質,在酵母細胞中生產(chǎn)蛋白質,然后觀察它們與靶標的結合程度。目標是流感H1血凝素和肉毒桿菌神經(jīng)毒素B。總而言之,該方法允許他們在短短幾個月內設計和測試22,660種蛋白質, 并從中找出能夠的微型蛋白。

  評估*微型蛋白時,發(fā)現(xiàn)抗流感蛋白和重新設計合成的微型蛋白質都可以中和流感病毒,并且阻止了肉毒桿菌毒素進入腦細胞。研究人員報告說,含有一種定制設計的蛋白質的鼻噴霧劑,在流感病毒暴露之前或之后72小時內進行治療,可以保護小鼠免受感染。治療效果好于現(xiàn)有的流感抗體。蛋白質性質測試顯示它們非常穩(wěn)定,與抗體不同,高溫環(huán)境下不會失活。小蛋白質也很少引發(fā)或*沒有免疫反應,這使其成為一種更加具有前景的新類型抗病毒類藥物。 (生物谷 Bioon.com)侵刪

參考資料:

Aaron Chevalier, Daniel-Adriano Silva, Gabriel J. Rocklin et al. Massively parallel de novo protein design for targeted therapeutics. Nature, 2017; DOI: 10.1038/nature23912

 

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