科学者はAIを使って全く新しい抗毒素タンパク質を開発する

世界保健機関の推計によると、毎年、ヘビに噛まれて10万人以上が死亡し、さらに数十万人が永久的な障害を負っている。最先端技術によって可能になった有望な新科学が、この脅威を鎮めるのに役立つかもしれない。

1月15日にネイチャー誌に掲載された研究によると、研究者らは一連の人工知能ツールを使って、最も致死性の高い毒の一部を中和する2つのタンパク質を設計することに成功した。これらの「de novo」タンパク質（自然界にはどこにも見られない分子）を致死性のヘビの化合物と混ぜて実験室で投与したところ、マウスを100％確実に死から守った。

「（ヘビに噛まれたときの）治療に革命を起こせると思う」と、ワシントン大学のデイビッド・ベイカー研究室で博士論文の一環としてこの研究を終えた生化学者で、主任研究著者のスサナ・バスケス・トーレス氏は言う。ベイカー氏は、新しいタンパク質を作った功績により、2024年のノーベル化学賞を受賞した。今週の発表はその研究の続きだ。「もちろん、この研究で問題全体が解決するわけではありませんが、従来の方法に比べて分子を超高速で開発できること、そしてそれが機能することを実証しています」とバスケス・トーレス氏はポピュラーサイエンス誌に語っている。この戦略は、現状よりも安価で安全で効果的な治療法につながる可能性があると同氏は付け加えている。

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「素晴らしい研究です」とスクリプス研究所の免疫学および微生物学の助教授ジョセフ・ジャーディン氏は言う。ジャーディン氏は今回の研究には関わっていないが、以前にも同種の化合物の合成抗毒素の開発に関する研究を発表している。この新しい研究は、急速に進歩するAIによって可能になった近年のタンパク質設計の進歩を示すものであると同時に、医学の実用化における刺激的な進歩でもあるとジャーディン氏は言う。

ヘビに噛まれると多くの犠牲を強いられるにもかかわらず、毒による中毒の治療法は1世紀以上にわたって変わっていない。つまり、致死量未満の毒を接種した馬や他の動物から採取した抗体を投与するのだ。こうした抗毒素は命を救うが、重大な欠点もある。

まず、抗毒素は高価で、製造には動物の厩舎の維持が必要なため、製造が難しい。さらに、不完全な免疫システムに頼っているため結果が一定でないため品質にばらつきがあり、抗毒素は毒素の種類によって効き目が異なる傾向があり、複雑なカクテルである毒の最小成分を部分的に中和するだけで、ある種の毒の咬傷に対しては効果が薄い。抗毒素は、摂取者にアレルギー反応やその他の副作用を引き起こす可能性がある。また、生物学的製品であるため、従来の抗毒素は温度に非常に敏感で、保管および輸送時に冷蔵保存する必要があり、コストと入手しにくさが加わる。ヘビに噛まれることが特に多い南半球の国の農村部では、治療を受けることが特に困難である。

対照的に、新しく設計されたタンパク質は、はるかに広い温度範囲で安定しており、酵母などの微生物を使用して大量生産できる可能性があり、副作用が少なく、微調整や一貫性の維持が容易です。「これらの小さな de novo タンパク質には、熱安定性、製造コスト、抗体ではできない方法で何かをターゲットにできるという事実など、非常に興味深い利点がいくつかあります」とジャーディンは説明します。いつの日か、このような製品は「エピペンのようなデバイス」で提供され、最も必要とされる現場ですぐに使用できるようになるかもしれないと彼は示唆しています。

ヘビ毒は、さまざまな毒素が混ざり合ってできています。バスケス・トーレス博士と彼女の同僚は、従来の抗毒素が効きにくい致死性の化合物である 3 本指毒素 (3FTx) に焦点を絞りました。3FTx は、コブラ、マンバ、サンゴヘビを含むコブラ科のヘビの毒に特に多く含まれています。これらの毒素 (タンパク質自体) は、哺乳類の体に大損害を与えます。一部は神経を麻痺させる毒で、その他は細胞を破壊し組織に損傷を与えます。