在最新一期Nature期刊（2024年5月23日）上，勞倫斯利弗莫爾國家實(shí)驗(yàn)室、洛斯阿拉莫斯國家實(shí)驗(yàn)室、范德堡大學(xué)醫(yī)學(xué)中心、華盛頓大學(xué)醫(yī)學(xué)院和弗雷德-哈欽森癌癥中心等研究機(jī)構(gòu)的研究人員聯(lián)合發(fā)布了一項(xiàng)突破性研究，他們成功利用機(jī)器學(xué)習(xí)算法構(gòu)建了一個(gè)新型抗體設(shè)計(jì)平臺，該平臺通過計(jì)算優(yōu)化，成功恢復(fù)了針對新出現(xiàn)的SARS-CoV-2變體Omicron的臨床抗體效力，同時(shí)確保了抗體對當(dāng)時(shí)主流的Delta變體繼續(xù)有效。這一研究成果被詳細(xì)記錄于標(biāo)題為“Computationally restoring the potency of a clinical antibody against Omicron”的論文中。

 

這項(xiàng)研究是在GUIDE項(xiàng)目的框架下完成的，該項(xiàng)目旨在應(yīng)對包括SARS-CoV-2病毒在內(nèi)的生物威脅。隨著SARS-CoV-2病毒的持續(xù)突變和亞變體的出現(xiàn)，現(xiàn)有的臨床抗體療法逐漸失去效力。針對這一挑戰(zhàn)，研究人員利用機(jī)器學(xué)習(xí)算法和超級計(jì)算能力，從現(xiàn)有的SARS-CoV-2抗體出發(fā)，通過計(jì)算模擬和生物信息學(xué)建模，對抗體進(jìn)行了精準(zhǔn)優(yōu)化。

 

研究團(tuán)隊(duì)利用勞倫斯利弗莫爾國家實(shí)驗(yàn)室的超級計(jì)算資源，成功確定了恢復(fù)抗體效力所需的關(guān)鍵氨基酸替換。他們讓原始抗體發(fā)生突變，并通過虛擬評估篩選出376種候選抗體進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室評估。這些候選抗體在實(shí)驗(yàn)室中表現(xiàn)出了對SARS-CoV-2病毒的高親和力，特別是對Omicron變體。

 

此外，研究團(tuán)隊(duì)還利用Sierra超級計(jì)算機(jī)進(jìn)行了分子動(dòng)力學(xué)模擬，以評估替代或突變抗體的生物安全性。他們發(fā)現(xiàn)，通過機(jī)器學(xué)習(xí)算法和大規(guī)模分子模擬驅(qū)動(dòng)的結(jié)合預(yù)測，可以在理論上對抗體進(jìn)行精確優(yōu)化，從而實(shí)現(xiàn)對病毒蛋白的高效結(jié)合。

 

華盛頓大學(xué)的研究人員通過真實(shí)中和實(shí)驗(yàn)和體內(nèi)研究進(jìn)一步證實(shí)了主要候選抗體的有效性。他們的研究結(jié)果表明，這些重新設(shè)計(jì)的抗體不僅能夠有效結(jié)合SARS-CoV-2病毒，而且具有高度的特異性和安全性。

 

這項(xiàng)研究不僅為抗擊SARS-CoV-2病毒提供了新的策略，也為未來針對其他病毒的抗體設(shè)計(jì)提供了重要參考。通過機(jī)器學(xué)習(xí)算法和超級計(jì)算技術(shù)的結(jié)合，研究人員可以更加快速、準(zhǔn)確地設(shè)計(jì)出高效、安全的抗體，為人類的健康保駕護(hù)航。