AI 驅(qū)動的醫(yī)學(xué)有望為世界上最易受影響的人群帶來救及時的蛇咬傷治療。

每年，被毒蛇咬傷并導(dǎo)致死亡的人數(shù)超過 10 萬，另外約有 30 萬人因此受到嚴(yán)重傷殘，包括截肢、癱瘓和永久性殘疾。受害者大多是撒哈拉以南非洲、南亞和拉丁美洲農(nóng)村地區(qū)的農(nóng)民、牧民和兒童。對他們來說，被蛇咬傷不僅是一場醫(yī)療危機(jī)，更是一場經(jīng)濟(jì)災(zāi)難。

一個多世紀(jì)以來，并沒有很好的針對毒蛇咬傷的療法。抗蛇毒血清取自免疫動物的血液，價格昂貴，生產(chǎn)難度大，而且對于最致命的毒素往往效果不佳。更具挑戰(zhàn)的是，抗蛇毒血清需要冷藏保存，還需要專業(yè)的醫(yī)護(hù)人員進(jìn)行注射，這使得很多有急迫需求的人得不到及時的治療。

如今，由計算生物學(xué)家 Susana Vázquez Torres 領(lǐng)導(dǎo)的團(tuán)隊，利用 AI 技術(shù)創(chuàng)造出了全新的蛋白質(zhì)。在實驗室測試中，這些蛋白質(zhì)能夠中和致命的蛇毒，而且比傳統(tǒng)抗蛇毒血清速度更快、成本更低、效果更好。Susana Vázquez Torres 就職于著名的由諾貝爾獎得主 David Baker 領(lǐng)導(dǎo)的華盛頓大學(xué)蛋白質(zhì)設(shè)計研究所。團(tuán)隊發(fā)表在《自然》雜志上的研究成果，介紹了一類新型合成蛋白質(zhì)，這類蛋白質(zhì)能夠成功保護(hù)動物免受很有可能致命劑量的蛇毒毒素的侵害。

AI 如何破解蛇毒密碼

一個多世紀(jì)以來，抗蛇毒血清的生產(chǎn)一直依賴動物免疫，這需要從數(shù)千條蛇身上采集毒液并提取血漿。Torres 和她的團(tuán)隊希望用 AI 驅(qū)動的蛋白質(zhì)設(shè)計來取代這種方法，將需要歷時數(shù)年的工作壓縮到幾周內(nèi)完成。

該團(tuán)隊利用NVIDIA Ampere架構(gòu)和 GPU，通過包括 RFdiffusion 和 ProteinMPNN 在內(nèi)的深度學(xué)習(xí)模型，通過計算機(jī)仿真生成了數(shù)百萬種潛在的抗毒素結(jié)構(gòu)。不同于傳統(tǒng)的形式，需要在實驗室中篩選大量此類蛋白質(zhì)，該團(tuán)隊借助 AI 工具預(yù)測這些設(shè)計出的蛋白質(zhì)將如何與蛇毒毒素相互作用，從而迅速制定出最有前景的設(shè)計。

取得的成果也令人矚目：

新設(shè)計的蛋白質(zhì)與三指毒素（3FTx）緊密結(jié)合，三指毒素是眼鏡蛇科蛇毒中最致命的成分，新設(shè)計的蛋白質(zhì)有效地中和了其毒性；

實驗室的測試證實了這些蛋白質(zhì)具有高度穩(wěn)定性和中和能力；

通過小白鼠實驗，在接觸致命神經(jīng)毒素后，小鼠的存活率達(dá)到 80% - 100%。

AI 設(shè)計的蛋白質(zhì)體積小、耐熱且易于生產(chǎn)、無需冷藏。

為最易被忽視的受害者帶來生機(jī)

與每劑數(shù)百美元的傳統(tǒng)抗蛇毒血清不同，這些由 AI 設(shè)計的蛋白質(zhì)有可能實現(xiàn)低成本大規(guī)模生產(chǎn)，從而讓有迫切需求的患者能夠獲得及時的治療。

許多蛇咬傷受害者因無力承擔(dān)抗蛇毒血清的費(fèi)用，或因費(fèi)用和可及性障礙而延誤治療。在某些情況下，治療的經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)會使整個家庭陷入更深的貧困。有了這種易于獲取、價格親民且常溫下可長期保存的解毒劑，數(shù)百萬的生命和家庭有望得到幫助。

遠(yuǎn)不止蛇咬傷治療：

AI 設(shè)計藥物的未來

研究人員表示，這項研究的意義不止于蛇咬傷治療。由 AI 驅(qū)動方法可用于設(shè)計針對病毒感染、自身免疫性疾病和其他難治性疾病的精準(zhǔn)治療方案。

研究人員利用 AI 設(shè)計蛋白質(zhì)，可以通過精準(zhǔn)的算法取代試錯式的藥物研發(fā)方式，致力于在全球范圍內(nèi)降低救命藥物的成本，使其更加經(jīng)濟(jì)且易于獲取。

Torres 和她的合作伙伴，包括來自丹麥技術(shù)大學(xué)、北科羅拉多大學(xué)和利物浦熱帶醫(yī)學(xué)院的研究人員，目前正專注于將這些中和蛇毒的蛋白質(zhì)用于臨床試驗和大規(guī)模生產(chǎn)。如果取得成功，這項由 AI 推動的革新將拯救無數(shù)生命，為世界各地的家庭和社區(qū)創(chuàng)造福祉。