解密五种AI筛选的“新冠”新药:能靶向病毒细胞侵入的蛋白酶
截至目前,從中國臨床試驗注冊中心登記顯示來看,共有近30個新冠狀病毒臨床研究正在同步進行。
2月6日,面對當前2019新型冠狀病毒(2019-nCoV)感染肺炎不斷擴散的嚴峻形勢,抑制藥物的研發成為大眾關注焦點。在篩選出五種可能對2019新型冠狀病毒有效的抗病毒藥物后,聯合科研團隊中華為云組長喬南博士在接受騰訊新聞《一線》獨家采訪時表示,下一步我們會推動進行細胞實驗和臨床實驗的進行,這會是一個長期的過程。
2月4日,華中科技大學同濟醫學院基礎醫學院、華中科技大學同濟醫學院附屬武漢兒童醫院、西安交通大學第一附屬醫院、中科院北京基因組研究所、華為云聯合科研團隊宣布,篩選出五種可能對2019新型冠狀病毒(2019-nCoV)有效的抗病毒藥物。
上述聯合科研團隊針對2019新型冠狀病毒的多個靶標蛋白(其中Mpro蛋白晶體結構由中科院饒子和院士團隊提供),對8506種上市或者正在進行臨床試驗的藥物中進行超大規模計算機輔助藥物篩選工作,并在一周內取得了第一階段成果。研究發現,有五種藥物可能對2019新型冠狀病毒有效,分別是Beclabuvir,沙奎那韋(Saquinavir),比特拉韋(Bictegravir),洛匹那韋(Lopinavir),多替拉韋(Dolutegravir)。
據華為云相關負責人介紹,該團隊成立之前彼此就有接觸或合作。此次疫情爆發后,大家都很關注,并希望一同研制出能用于疫情防治的藥物。
以下為騰訊新聞《一線》與喬南博士、華為云相關負責人對話實錄:
騰訊新聞《一線》:聯合團隊下一步的工作重點是什么?何時開始臨床實驗?距離可以抑制病毒還需要多久?
喬南博士:我們會推動進行細胞實驗和臨床實驗的進行,這會是一個長期的過程,另一方面我們會優化篩選方法并進一步擴大篩選的靶標分子的范圍,希望能逐步構建出全面完善的2019-ncov藥物篩選數據庫。相關的技術方法我們會陸續在技術博文中介紹。
騰訊新聞《一線》:目前在研制、臨床實驗的藥物也不少,如瑞德西韋、阿比朵爾、達盧那韋等,我們這五種藥是如何篩出來的,與其他藥有何不同?
喬南博士:篩藥是針對靶向的,我們先做了Mpro這個蛋白,因為這個蛋白重要而且有晶體模型。后續科研團隊還會針對其余十幾個蛋白做篩選。其余蛋白短時間都沒有電鏡下觀測到的晶體結構,AI的作用會更大。而且我們是用饒子和院士公布的Mpro蛋白晶體做的藥物篩選,我們的結果和饒子和教授提供的候選分子有兩個是重合的,我們還進一步找到了沙奎那韋(Saquinavir)有效的新證據。(備注:饒子和,中國科學院院士、清華大學教授,主要從事與人類感染相關或具有重要生理功能的蛋白質與病毒的三維結構研究。)
華為云相關負責人:第一批公布的數據主要集中在DrugBank庫8506個已經上市或者正在進行臨床試驗的藥物。篩選出結果可以供相關研究機構和制藥企業進行中長期藥物研發。
聯合科研團隊首先針對2019新型冠狀病毒的Mpro蛋白與S蛋白/ACE2受體進行了藥物篩選。在感染病毒細胞的內部,Mpro作為一個重要的蛋白酶,在病毒復制中起著關鍵的作用;在感染病毒的細胞表面,S蛋白與人體ACE2受體的結合決定了病毒是否能入侵人體細胞,因此,能夠靶向Mpro蛋白或者S蛋白/ACE2受體的現有藥物都可能具有非常高的實用價值。由于新型冠狀病毒中的S蛋白相對SARS的S蛋白在受體結合區有較大的不同,聯合科研團隊在構建聚合物結構以及確定其與受體結合關鍵位點的時,使用了同源模建和分子動力學模擬等方法,提升了模型的可信度。
其中,排名第一的Beclabuvir是丙型肝炎病毒RNA依賴的RNA聚合酶NS5B的抑制劑,由于2019新型冠狀病毒RNA依賴的RNA聚合酶NSP12與丙型肝炎病毒NS5B的活性區域有著類似的拇指狀構象,因此除了Mpro蛋白,Beclabuvir也可能是NSP12的一種潛在抑制劑。
排名第二的沙奎那韋(Saquinavir)和排名第四的洛匹那韋(Lopinavir)則不僅可以很好地同Mpro蛋白結合,還能夠和2019新型冠狀病毒的S蛋白相結合,從而阻止S蛋白和ACE2受體的結合(圖2),因此可以同時在細胞內部和表面阻止病毒的擴增。
據醫藥類媒體報道,中國臨床試驗注冊中心最新登記顯示,洛匹那韋(Lopinavir)已經被列入新型冠狀病毒臨床試驗的登記列表中。排名第三的比特拉韋(Bictegravir)和排名第五的多替拉韋(Dolutegravir)是HIV病毒整合酶抑制劑, 通過阻斷整合酶來抑制病毒的復制。
騰訊新聞《一線》:這個團隊除了華為,其他四家都是醫療相關企業或機構,你們是如何開展研制工作的?
喬南博士:在一周時間內,除了針對DrugBank庫8506已有藥物進行篩選,聯合團隊還針對UniChem小分子庫超過1.6億化合物分子進行了更大規模的藥物篩。此次大規模計算機輔助藥物篩選,完全基于華為云EI醫療智能體平臺(EIHealth)進行。該平臺基于華為云AI昇騰集群服務、ModelArts一站式AI開發與管理平臺的強大AI能力,集成了醫藥領域眾多算法、工具、AI模型和自動化流水線。
在幾位教授的指導下,針對數十個靶向蛋白和上億小分子化合物,通過醫療智能體平臺完成了蛋白質同源模建,分子動力學模擬計算,和大規模虛擬藥物篩選,短時間內完成了上千萬次的模擬計算,讓以往耗時數月的計算機輔助藥物篩選在數小時內完成。
華為云相關負責人:
醫藥研發是一個技術門檻高、業務復雜,周期長的過程,AI輔助藥物篩查只是其中一個環節,希望能夠通過AI技術、計算機輔助技術能夠幫助到醫藥領域的專家,加速藥物研發過程。華為云EI醫療智能體在病毒基因組計算分析、抗病毒藥物研發和抗疫醫療影像分析領域,將提供海量AI算力和算法的強有力支持。
從抗艾滋病藥物克力芝、上海公共衛生臨床中心自制的抗病毒噴霧、到引發大眾瘋搶雙黃連口服液,被認為最可能有希望的吉利德新藥瑞德西韋,以及李蘭娟團隊最新提及的能優有效抑制冠狀病毒已“服役多年”的阿比朵爾和達蘆那韋。各方都在加緊抑制病毒藥物的研制,與疫情賽跑。
截至目前,從中國臨床試驗注冊中心登記顯示來看,共有近30個新冠狀病毒臨床研究正在同步進行。隨著這些藥物研制的快速推進,我們相信距離徹底打敗新型冠狀病毒(2019-nCoV)的那一天已不遠。
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編輯?∑Gemini
來源:36Kr
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總結
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