SARS-CoV-2是导致新冠肺炎（COVID-19）的冠状病毒。在一项新的研究中，来自美国华盛顿大学和乔治亚大学的研究人员发现计算机设计的小蛋白（miniprotein）可以保护实验室培养的人细胞免受SARS-CoV-2感染。相关研究结果于2020年9月9日在线发表在Science期刊上，论文标题为“De novo design of picomolar SARS-CoV-2 miniprotein inhibitors”。
在序列优化前对AHB2、LCB1和LCB3进行高分辨率序列映射。图片来自Science, 2020, doi:10.1126/science.abd9909。
在实验中，一种被命名为LCB1的主要抗病毒候选药物在保护作用上可与最著名的SARS-CoV-2中和抗体相媲美。LCB1目前正在啮齿动物中进行评估。
冠状病毒布满了所谓的刺突蛋白（Spike protein, S蛋白）。这些S蛋白会附着在人细胞上，从而使得这种病毒能够侵入并感染人细胞。开发干扰这种进入机制的药物可能治疗甚至预防这种病毒感染。
这些研究人员利用计算机开发出一种新的蛋白，这种蛋白能与SARS-CoV-2刺突蛋白紧密结合，并阻止它感染细胞。
从今年1月份开始，超过200万个候选S蛋白结合蛋白在计算机上被设计出来。随后，超过11.8万个候选结合蛋白在实验室中制造出来并接受测试。
论文第一作者、华盛顿大学医学院蛋白设计研究所博士后学者Longxing Cao说，“虽然还需要进行广泛的临床测试，但我们相信在这些计算机设计的抗病毒药物中表现最好的是相当有前途的。”
他补充道，“它们似乎可以阻断SARS-CoV-2感染，至少和单克隆抗体（简称单抗）一样，但更容易生产，也更稳定，潜在地消除了对冷藏的需要。”
这些研究人员通过两种方法构建出抗病毒蛋白。首先，将SARS-CoV-2在人类细胞表面自然结合的ACE2受体的一个片段整合到一系列小型蛋白支架上。其次，从头开始设计完全合成的蛋白，结果产生了最有效的抗病毒药物，包括LCB1。以单位质量计算，LCB1的效力大约是迄今报道的最有效的单抗的6倍。
论文通讯作者、华盛顿大学医学院生物化学教授、华盛顿大学医学院蛋白设计研究所负责人David Baker说，“我们从头开始设计高亲和力抗病毒蛋白的成功，进一步证明了计算蛋白设计可以用来构建有前途的候选药物。”
为了证实这些新设计的抗病毒蛋白是否如期待的那样附着在冠状病毒刺突蛋白上，这些研究人员通过使用低温电镜技术获得了这两种分子相互作用的快照。这些实验是由华盛顿大学医学院生物化学助理教授David Veesler实验室和华盛顿大学圣路易斯医学院传染病系教授Michael S. Diamond实验室的研究人员进行的。
这些研究人员写道，“超稳定的迷你粘合剂（minibinder，即前面提及的小蛋白）为开发新的SARS-CoV-2疗法提供了有希望的起点，这也说明了计算蛋白设计可用来快速产生应对大流行病威胁的潜在候选药物。”
