AI設計のタンパク質がヘビの毒素を中和する

昨年のノーベル化学賞受賞者による『Nature』誌に掲載された新しい研究で、ヘビ咬傷治療における革新的な可能性が明らかになった。研究者らは、ヘビ毒に含まれる致死性の毒素を中和する新しいタンパク質を作成し、従来の抗毒薬に代わるより安全で効果的な代替品となる可能性がある。

WHO によると、毎年 180 万人から 270 万人が毒ヘビに咬まれ、年間約 10 万人が死亡し、四肢の喪失を含む 3 倍の永久的な障害を負っています。怪我のほとんどはアフリカ、アジア、ラテンアメリカで発生しており、脆弱な医療制度が問題を悪化させています。

現在、ヘビに噛まれた患者の治療に使用されている唯一の抗毒薬は動物血漿由来のものであり、多くの場合、高コスト、限られた有効性、および有害な副作用を伴います。また、毒はヘビの種類によって大きく異なるため、世界のさまざまな地域で独自の治療法が必要です。しかし近年、科学者たちはヘビの毒素について理解を深め、その影響に対抗する新しい方法を開発しました。そのような開発の 1 つが、1 月 15 日に Nature 誌に掲載されました。

2024年ノーベル化学賞受賞者であるワシントン大学医学部のデビッド・ベイカー氏とDTU（デンマーク工科大学）のティモシー・パトリック・ジェンキンス氏が率いるチームは、ディープラーニングツールを使用して、致死性のコブラに結合して毒素を中和する新しいタンパク質を設計した。

この研究は、スリーフィンガー毒素と呼ばれる重要なクラスのヘビタンパク質に焦点を当てており、これが免疫動物に基づく抗毒素が失敗する原因となることが多い。

各ヘビ種に特有のさまざまな毒素の複雑な混合物であるヘビ毒を完全に防御することはまだできていませんが、AI で生成された分子は、致死量のスリーフィンガー毒素からマウスを完全に保護します。生存率は状況に応じて 80 ～ 100% です。正確な用量、毒素、設計されたタンパク質について。

これらの毒素は免疫システムを回避する傾向があり、血漿由来の治療が無効になります。したがって、この研究は、AI によって加速されたタンパク質設計を使用して、他の方法では対抗することが困難であることが証明されている有害なタンパク質を中和できることを示しています。

「タンパク質の設計は、発展途上国の人々にとってヘビ咬傷の治療をより利用しやすくするのに役立つと信じています」と、この研究の筆頭著者であり、ウィスコンシン大学タンパク質設計研究所のベイカー研究室の研究員であるスサナ・バスケス・トーレス氏は述べた。

「私たちが作成した抗毒素は、計算手法のみを使用して簡単に発見できます。また、製造コストも安く、実験室でのテストでも堅牢です」とベイカー氏は述べています。

科学者らは、ヘビ毒素に付着して無効にするタンパク質を作成すれば、従来の治療法に比べていくつかの利点が生まれる可能性があると推論した。新しい抗毒素は微生物を使って製造できるため、従来の動物免疫を回避でき、生産コストを大幅に削減できる可能性がある。

しかし、それ以上の利点があると、DTU バイオエンジニアリング准教授のティモシー・パトリック・ジェンキンス氏は説明します。

「最も注目すべき結果は、それらがマウスに与えた印象的な神経毒防御です。しかし、これらの設計されたタンパク質の追加の利点の1つは、それらが小さいことです。実際、非常に小さいため、組織への浸透が良くなり、毒素をより早く中和する可能性があることが期待されます」また、タンパク質は AI を利用したソフトウェアを使用して完全にコンピューター上で作成されたため、発見段階にかかる時間を大幅に短縮できました。」

これらの結果は心強いものではあるが、チームは、従来の抗毒薬が当面はヘビ咬傷の治療の基礎であり続けることを強調している。コンピュータで設計された新しい抗毒素は、独立した次世代治療法が承認されるまで、当初は既存の治療法の有効性を向上させるサプリメントまたは強化剤となる可能性がある。

科学者らによると、この研究で説明された医薬品開発アプローチは、特定のウイルス感染症など、現在治療法のない他の多くの病気にも役立つ可能性があるという。一般に、タンパク質の設計には従来の研究室ベースの創薬方法よりも必要なリソースが少ないため、同様のアプローチを使用して、より一般的な疾患に対して低コストの新薬を生成できる可能性もあります。

「良好に機能する抗毒素を見つけるために、実験室での実験を何回も行う必要はありませんでした。今では設計ソフトウェアが非常に優れているため、いくつかの分子をテストするだけで済みます」とベイカー氏は述べています。 「ヘビ咬傷の治療を超えて、特に資源が限られた環境において、タンパク質設計は創薬の簡素化に役立ちます。強力な新薬のコストと必要な資源を削減することで、誰もがふさわしい治療を受けられる未来に向けて、私たちはかなりの一歩を踏み出しています。」 」

バスケス・トーレス S、ベナール・ヴァジェ M、マッケシー SP、メンジーズ SK、ケースウェル NR、アフマディ S、ニュージャージー州バーレット、ムラトスパヒッチ E、サピントン I、オーヴァース MD、リベラ・デ・トーレ E、レジャーバー J、ラウセン AH、ボダム K、ベラ AK 、カン A、ブラッケンブロー E、カルドーソ IA、クリッテンデンEP、エッジ RJ、デカロ J、ラゴット RJ、ピライ AS、アベディ M、ハン HL、ガーベン SR、マレー A、スコトハイム R、スチュアート L、スチュワート L、フライヤー TJA、ジェンキンス TP、ベイカー D.
新たに設計されたタンパク質は、致死性のヘビ毒を中和します。
自然。 2025 年 1 月 15 日。土井: 10.1038/s41586-024-08393-x