通过计算机设计抗病毒蛋白可以帮助阻止下一次大流行

正如比尔盖茨所看到的那样，我们物种面临三大威胁：核战争，气候变化和下一次全球大流行。

在今年早些时候的慕尼黑安全会议上谈到大流行防范工作时，盖茨提醒我们，“近期历史上没有发生致命的全球大流行这一事实，不应该被误认为将来不会发生致命的大流行。”

如果我们想为最坏的情况做好准备，盖茨说，“首先也是最重要的是，我们必须建立一批新的武器 - 疫苗，药物和诊断剂。”

一些科学家现在正在使用计算机来做到这一点。

超越免疫系统

尽管流感疫苗已经出现，但世界卫生组织报告说，季节性流感仍然是全球数百万严重疾病和每年多达50万人死亡的原因。每年流感疫苗的部分功效，加上制造时间长和全球可用性有限，表明仍需要新的抗流感方法。

这只是针对季节性流感。像1918年的西班牙流感一样，大流行性流感可能在一年内再次导致数千万人死亡。

抗体是免疫系统的自然组成部分，是抗击病毒的前线士兵。抗体的作用是识别并实际上遵守流感等外来入侵者。人体抗体是二价的，这意味着它们有两只手可以抓住它们的目标。

在显微镜下，流感看起来像一个带尖刺的小球。它使用一些表面尖峰来打入人体细胞。通过用一只或两只手紧紧抓住那些尖刺，抗体可以防止流感颗粒感染人体细胞。但是，每年快速发展的流感都会加剧其刺突蛋白的突变，导致我们的抗体粘手不再识别病毒。

长期以来，研究人员一直在寻找一种普遍的流感疫苗- 一种不需要每年重新注射的疫苗。制作一种产品的努力往往涉及注射非传染性流感的相似之处，希望它能够激发免疫系统对其接下来看到的任何真正的流感病毒进行适当的攻击。尽管取得了一些进展，但研究人员还没有能够哄骗免疫系统来抵御所有流感病毒株，全球大流行的威胁仍然存在。

用于击败流感的软件

计算蛋白质设计提供了另一种方式。计算机模拟现在可以帮助快速创建定制的抗病毒蛋白，以阻止致命的病毒，而不是依靠免疫系统来生成能够关闭流感等病毒的抗体蛋白。

与疫苗不同，这类药物可用于治疗现有感染或在暴露前几天给予预防感染。并且因为这些设计蛋白质独立于免疫系统起作用，它们的效力不依赖于具有完整的免疫系统 - 一种有用的特性，因为具有较弱免疫系统的那些具有病毒感染的高风险。

计算机生成的抗病毒蛋白的作用方式与我们免疫系统中的一些天然蛋白质相同。通过使表面与其靶标化学互补，抗病毒蛋白质可以紧密粘附于特定病毒。如果蛋白质以正确的方式粘附病毒，它可以物理阻断病毒的移动方式，最终防止感染。

通过在计算机上设计抗病毒蛋白质，在实验室中构建它，然后将其施用到体内，您可以有效地将部分免疫系统数字化。

2016年，计算机生成的蛋白质在奥司他韦(Tamiflu)治疗流感感染小鼠时更有效。鼻内给予一剂设计蛋白质比10剂量达菲(Tamiflu)更有效，由于其抗流感活性，该药物被世界卫生组织认为是“基本药物”。更重要的是，这些新的计算机生成的抗流感蛋白保护小鼠免受各种流感病毒的侵害。努力把这些可喜的成果为FDA批准的药物正在进行中。

在自然生物技术公司刚刚发表的一篇论文中，华盛顿大学蛋白质设计研究所的科学家们更进了一步，展示了一种关闭流感的新方法：他们利用计算机模型构建了一种全新的抗病毒药物蛋白质与三个粘手。

为什么三个?事实证明，许多致命的包膜病毒 - 如流感，埃博拉病毒和艾滋病病毒 - 从三个对称部分构建其刺突蛋白。

具有三个适当间隔的手的单一抗病毒药物应该能够对称地抓住刺突蛋白的每个部分，导致更紧密的结合和整体更好的抗病毒活性。这种几何特征超出了人类免疫系统自然可以做到的范围。

设计策略奏效了。最好的三手蛋白质，称为Tri-HSB.1C，能够紧密结合多种流感病毒株。当给予小鼠时，它还提供针对致命性流感感染的完全保护，仅具有最小的相关体重减轻 - 通常用于诊断小鼠中流感严重性的特征。研究人员现在将相同的工具应用于埃博拉刺突蛋白。

这项新技术被批准用于人类治疗任何病毒还需要很多年。但我们可能不必等待很长时间才能看到一些挽救生命的好处。

病毒诊断

通过用三手感冒粘合剂涂布纸条并在顶部施用流感样品，同一团队即使在非常低的浓度下也能够检测到病毒表面蛋白的存在。通过在唾液或血液中检测，这种概念验证检测系统可以转化为可靠且价格合理的现场诊断工具，用于各种病毒。就像怀孕测试一样，测试条上的一个乐队可以表明感冒。或埃博拉病毒。或者是下一个迅速蔓延的全球大流行病。

在2015年致新西兰医学杂志关于从西非埃博拉疫情中汲取的教训的一封信中，比尔盖茨将全球社会缺乏准备描述为“全球性失败”。

盖茨说：“也许是悲惨的埃博拉疫情唯一的好消息是它可能是一个警钟。”(比尔和梅琳达盖茨基金会资助华盛顿大学的蛋白质设计工作。)

当像1918年西班牙流感这样的全球病毒性流行病再次袭击时，生物类杀毒软件可能在挽救数百万人的生命中发挥重要作用。