根据科学杂志《分子》9月1日上发表的一篇报道,巴西圣保罗大学的科学家发现当地一种毒蛇的毒液,可以抑制猴子细胞中新冠状病毒的复制,抑制效率达到75%。
以毒攻毒,这是什么原理?这个原理要从蛋白质的结构和功能说起,因为蛇毒就是一种蛋白质。而病毒主要表现出活性的部分也是蛋白质。
在生物体里面,基因最重要的作用就是记录蛋白质的结构。
一般的情况下,有机体包括我们人类,除去遗传物质,由几种成分组成:蛋白质、脂肪、碳水化合物。
这是有机物的最重要组成形式。这其中,脂肪和碳水化合物是提供能量的,而蛋白质是组成人体结构的。
比如说我们的骨头,就是由胶原蛋白和磷酸钙、碳酸钙组成的。
除了构成我们身体的骨架之外,蛋白质还支配着我们身体里面的各种生理活动。
组成蛋白质的最基本单位是氨基酸分子。氨基酸一共有20多种,粗分一下可以分成两大类,一种是没有极性的,还有一种是有极性的。
那么蛋白质有多少种呢?有几十亿种,也可能更多。
20多种氨基酸组成几乎无数种蛋白,仅靠化学组成是不够的,还需要一种物理结构的帮助,这种物理结构被称作蛋白质的折叠。
氨基酸首先会连接成一条长的链,但是这个时候还不能称为蛋白质,只能称之为多肽链,多肽链要折叠两次才能够形成一定的空间结构。
折叠以后的多肽结构不散架,因为有两种分子间力锁定了这些结构:氢键、二硫键。其中氢键提供了70%的锁定,而二硫键提供了30%的锁定。
那么,折叠以后的蛋白质就能表现出蛋白质的活性吗?还没有。
蛋白质要2个结合在一起,才能够表现出活性,其中一个蛋白质叫做受体,另外一个蛋白质叫做配体。
我们可以用一个简单的比喻来说明,就好像一把锁,它单独是不能工作的,必须把钥匙插到锁孔里面,才能够让锁正常工作。
那么锁就是受体,而开锁的钥匙就是配体。
到底谁是受体谁是配体,其实没有严格的定义,一般的情况下把固定着不怎么动的叫做受体,动来动去的叫做配体。
配体和受体一旦结合以后,就会启动生理化学反应。
蛇毒的蛋白质成分就相当于一种配体。
细胞膜是双层的磷脂分子,夹着一层结构蛋白组成的,而在细胞膜上起功能性作用的全部都是蛋白质,这些蛋白质就是受体。
蛇毒的蛋白质成分,一旦接触到细胞膜上的蛋白质受体,就会启动一系列的生化反应,或者打开、关闭某些化学通道,或者是把细胞膜溶解掉。
钥匙插到锁孔里面能够把锁打开,是因为凹凸的齿相互配合。
配体跟受体能够结合在一起,就是因为分子结构上的凹凸部分正好吻合,同时电的正负极性又正好相反,所以就能够吸附在一起。
所以,蛋白质可以有多种,但是只要蛋白质上某一个结构正好和另外一个蛋白质上的结构能够形成这种结合,其中一个蛋白质的功能就会被严重影响。
巴西科学家发现,蛇毒能够抑制新冠状病毒SARS-cov-2的复制,就是因为蛇毒里的某一种蛋白质分子能够吸附到病毒复制需要的一种蛋白质上。
这个蛋白质被称作PLpro,它作为一种新冠状病毒复制的催化剂,也是一种酶。
SARS-CoV-2PLpro是一种微碱性、个残基的蛋白质,半胱氨酸残基含量为3.5%。
蛇毒蛋白质一旦吸附到SARS-CoV-2PLpro上,就会让PLpro原来的催化作用大打折扣,这就是蛇毒能够抑制新冠状病毒复制的原理。
这就好像一个在正常工作的人,你给他脖子上挂了一个60公斤重的铁块,他的工作就会受到严重影响,而且蛋白质也没有手,没办法把吸附到上面的蛇毒扒拉下来。
当然,蛇毒肯定是有两面性的,蛇毒分子能够作为一个配体和病毒上面的蛋白质结合,也可以作为一个配体和人体内的蛋白质结合。
蛇毒一旦注射到人体里面肯定会引起某种生理反应,这种生理反应能承受,又能消灭病毒,那么就可以作为治疗药物来用。
如果进入到这一步,那就需要做临床实验,但是蛇毒治疗新冠状病毒距离临床实验还比较遥远。
巴西科学家发现的蛇毒抑制新冠状病毒复制,只是从科学原理正确的方向寻找某种可能性。
我们之所以称为可能性,是因为空间折叠的原因,蛋白质的结构实在是太复杂了。
这种结构的复杂性,仅仅是穷尽人力不可能了解清楚。现在分析蛋白质的空间折叠结构,需要用到计算机和人工智能。
今年7月2号,谷歌公司旗下的人工智能公司DeepMind发布了可以用来精确计算蛋白质空间折叠结构的计算机程序AlphaFold2,计算精度可以达到原子级。
从物理学原理上来说,寻找一种可以抗病毒的蛋白质是存在的。
我们只要把这种蛋白质的原子结构排列到正好能够镶嵌在病毒外壳的表面。也就是正极对负极,凹的地方和凸的地方吻合,就可以破坏新冠状病毒的功能。
现在只能作为一个科学幻想,没有办法实现,因为现有的技术没有办法操纵单个原子的位置。
所以,科学家们只能从大自然已经存在的蛋白质结构中,去寻找能够对抗病毒的成分。
巴西科学家的发现,只是在正确的道路上,让人类看到了彻底治愈新冠状病毒的曙光。