正如比爾蓋茨所看到的那樣，我們物種面臨三大威脅：核戰(zhàn)爭，氣候變化和下一次全球大流行。

在今年早些時候的慕尼黑安全會議上談到大流行防范工作時，蓋茨提醒我們，“近期歷史上沒有發(fā)生致命的全球大流行這一事實，不應(yīng)該被誤認(rèn)為將來不會發(fā)生致命的大流行。”

如果我們想為最壞的情況做好準(zhǔn)備，蓋茨說，“首先也是最重要的是，我們必須建立一批新的武器 - 疫苗，藥物和診斷劑。”

一些科學(xué)家現(xiàn)在正在使用計算機(jī)來做到這一點。

超越免疫系統(tǒng)

盡管流感疫苗已經(jīng)出現(xiàn)，但世界衛(wèi)生組織報告說，季節(jié)性流感仍然是全球數(shù)百萬嚴(yán)重疾病和每年多達(dá)50萬人死亡的原因。每年流感疫苗的部分功效，加上制造時間長和全球可用性有限，表明仍需要新的抗流感方法。

這只是針對季節(jié)性流感。像1918年的西班牙流感一樣，大流行性流感可能在一年內(nèi)再次導(dǎo)致數(shù)千萬人死亡。

抗體是免疫系統(tǒng)的自然組成部分，是抗擊病毒的前線士兵?？贵w的作用是識別并實際上遵守流感等外來入侵者。人體抗體是二價的，這意味著它們有兩只手可以抓住它們的目標(biāo)。

在顯微鏡下，流感看起來像一個帶尖刺的小球。它使用一些表面尖峰來打入人體細(xì)胞。通過用一只或兩只手緊緊抓住那些尖刺，抗體可以防止流感顆粒感染人體細(xì)胞。但是，每年快速發(fā)展的流感都會加劇其刺突蛋白的突變，導(dǎo)致我們的抗體粘手不再識別病毒。

長期以來，研究人員一直在尋找一種普遍的流感疫苗- 一種不需要每年重新注射的疫苗。制作一種產(chǎn)品的努力往往涉及注射非傳染性流感的相似之處，希望它能夠激發(fā)免疫系統(tǒng)對其接下來看到的任何真正的流感病毒進(jìn)行適當(dāng)?shù)墓?。盡管取得了一些進(jìn)展，但研究人員還沒有能夠哄騙免疫系統(tǒng)來抵御所有流感病毒株，全球大流行的威脅仍然存在。

用于擊敗流感的軟件

計算蛋白質(zhì)設(shè)計提供了另一種方式。計算機(jī)模擬現(xiàn)在可以幫助快速創(chuàng)建定制的抗病毒蛋白，以阻止致命的病毒，而不是依靠免疫系統(tǒng)來生成能夠關(guān)閉流感等病毒的抗體蛋白。

與疫苗不同，這類藥物可用于治療現(xiàn)有感染或在暴露前幾天給予預(yù)防感染。并且因為這些設(shè)計蛋白質(zhì)獨立于免疫系統(tǒng)起作用，它們的效力不依賴于具有完整的免疫系統(tǒng) - 一種有用的特性，因為具有較弱免疫系統(tǒng)的那些具有病毒感染的高風(fēng)險。

計算機(jī)生成的抗病毒蛋白的作用方式與我們免疫系統(tǒng)中的一些天然蛋白質(zhì)相同。通過使表面與其靶標(biāo)化學(xué)互補(bǔ)，抗病毒蛋白質(zhì)可以緊密粘附于特定病毒。如果蛋白質(zhì)以正確的方式粘附病毒，它可以物理阻斷病毒的移動方式，最終防止感染。

通過在計算機(jī)上設(shè)計抗病毒蛋白質(zhì)，在實驗室中構(gòu)建它，然后將其施用到體內(nèi)，您可以有效地將部分免疫系統(tǒng)數(shù)字化。

2016年，計算機(jī)生成的蛋白質(zhì)在奧司他韋(Tamiflu)治療流感感染小鼠時更有效。鼻內(nèi)給予一劑設(shè)計蛋白質(zhì)比10劑量達(dá)菲(Tamiflu)更有效，由于其抗流感活性，該藥物被世界衛(wèi)生組織認(rèn)為是“基本藥物”。更重要的是，這些新的計算機(jī)生成的抗流感蛋白保護(hù)小鼠免受各種流感病毒的侵害。努力把這些可喜的成果為FDA批準(zhǔn)的藥物正在進(jìn)行中。

在自然生物技術(shù)公司剛剛發(fā)表的一篇論文中，華盛頓大學(xué)蛋白質(zhì)設(shè)計研究所的科學(xué)家們更進(jìn)了一步，展示了一種關(guān)閉流感的新方法：他們利用計算機(jī)模型構(gòu)建了一種全新的抗病毒藥物蛋白質(zhì)與三個粘手。

為什么三個?事實證明，許多致命的包膜病毒 - 如流感，埃博拉病毒和艾滋病病毒 - 從三個對稱部分構(gòu)建其刺突蛋白。

具有三個適當(dāng)間隔的手的單一抗病毒藥物應(yīng)該能夠?qū)ΨQ地抓住刺突蛋白的每個部分，導(dǎo)致更緊密的結(jié)合和整體更好的抗病毒活性。這種幾何特征超出了人類免疫系統(tǒng)自然可以做到的范圍。

設(shè)計策略奏效了。最好的三手蛋白質(zhì)，稱為Tri-HSB.1C，能夠緊密結(jié)合多種流感病毒株。當(dāng)給予小鼠時，它還提供針對致命性流感感染的完全保護(hù)，僅具有最小的相關(guān)體重減輕 - 通常用于診斷小鼠中流感嚴(yán)重性的特征。研究人員現(xiàn)在將相同的工具應(yīng)用于埃博拉刺突蛋白。

這項新技術(shù)被批準(zhǔn)用于人類治療任何病毒還需要很多年。但我們可能不必等待很長時間才能看到一些挽救生命的好處。

病毒診斷

通過用三手感冒粘合劑涂布紙條并在頂部施用流感樣品，同一團(tuán)隊即使在非常低的濃度下也能夠檢測到病毒表面蛋白的存在。通過在唾液或血液中檢測，這種概念驗證檢測系統(tǒng)可以轉(zhuǎn)化為可靠且價格合理的現(xiàn)場診斷工具，用于各種病毒。就像懷孕測試一樣，測試條上的一個樂隊可以表明感冒?；虬２├《?。或者是下一個迅速蔓延的全球大流行病。

在2015年致新西蘭醫(yī)學(xué)雜志關(guān)于從西非埃博拉疫情中汲取的教訓(xùn)的一封信中，比爾蓋茨將全球社會缺乏準(zhǔn)備描述為“全球性失敗”。

蓋茨說：“也許是悲慘的埃博拉疫情唯一的好消息是它可能是一個警鐘。”(比爾和梅琳達(dá)蓋茨基金會資助華盛頓大學(xué)的蛋白質(zhì)設(shè)計工作。)

當(dāng)像1918年西班牙流感這樣的全球病毒性流行病再次襲擊時，生物類殺毒軟件可能在挽救數(shù)百萬人的生命中發(fā)揮重要作用。