内容摘要:法国的研究者们演示了一种经过改良的方法,这种方法被用来探测肉毒杆菌神经毒素的致命性变体,该毒素会导致肉毒中毒。相比标准方法,他们采用的方法能够更快速的得出结果,并且准确地…

2013-08-16 10:42作者:&nbsp

针对流感血凝素的计算机设计的迷你蛋白质粘合剂的艺术家印象。许多有效的结合和中和病毒。

肉毒神经毒素由肉毒杆菌产生,它是人类已知最致命的毒素之一。这种毒素通常会出现在腐坏的罐头食品中,并一直被认为是潜在的恐怖武器。这是因为即便很低浓度的毒素,一旦被添加到食物、水和空气中就会有致死的可能。如果人感染上它,不及时治疗的话有60%的可能性会导致患者瘫痪。但如果接受治疗,致死的几率还不到5%。

提起肉毒杆菌,相信人人对它多少有些了解,越来越多的奶业曝光材料中提到它的名字,对于爱美的人士来说如毒杆菌就是保持青春的福音,到底肉毒杆菌有何神秘,让人有爱又恨?

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不幸的是,目前针对成人血液中肉毒杆菌毒素的标准检测又慢又糟糕。通常是将病患的血液注入小鼠体内,如果小鼠发生肉毒中毒的症状甚至死亡,那么检测结果为阳性。但四天后才能从小鼠身上得出测试结果,在需要很快做出决定的情况下,这种做法就显得很不实用。更重要的是,病人也没那么多空闲时间,而且他们的测试结果通常不为阳性。肉毒杆菌毒素会随着病情的发展从血液进入肌肉。当血液中毒素的浓度逐渐下降,即使病人的病情越来越重,小鼠也不太容易及时跟体内的毒素产生反应。

快三平台,肉毒杆菌(学名:Clostridium
botulinum)是一种致命病菌,在繁殖过程中分泌的毒素,是毒性最强的蛋白质之一。最早用于病理治疗。由于肉毒杆菌A型毒素毒性极强,它能破坏一种名为SNAP-25的蛋白质,从而切断神经细胞间的通信使肌肉麻痹。这一功能已被用于治疗斜视和肌肉痉挛等。在治疗过程中,医生们发现它在消除皱纹方面有着异乎寻常的功能,其效果远远超过其他任何一种化妆品或整容术。因此,利用肉毒杆菌毒素消除皱纹的整容手术应运而生。

科学家已经创造了一种高速方法,从头开始生成数千种不同的,小型,稳定的蛋白质,可以定制设计以结合特定的治疗靶点。

分子神经生物学家Christian
Lévêque来自法国医学研究结构INSERM,并且在普罗旺斯的Aix-Marseille大学就职,他认为这是一个改变的契机。所以他和他的团队开始着手设计新的测试,该测试利用的是肉毒毒素致瘫效果背后的分子过程。他们专注研究肉毒神经毒素A,该病毒类型导致美国大部分中毒事件(其实肉毒神经毒素B、E和F也可以导致疾病)。

肉毒杆菌的危害

防治传染病,如流感和解毒剂对神经毒素只是这种方法的两个研究目标。该方法迅速产生了数千名新的候选药物。这些以前不存在于自然界中的计算机设计的蛋白质将小分子药物的稳定性和生物利用度与较大生物制剂的特异性和效力相结合。

肉毒神经毒素A通过阻隔SNAP-25蛋白质的效用导致瘫痪,这种蛋白质有助于神经和肌肉间的沟通。Lévêque和团队成员在SNAP-25蛋白质上安装微型芯片,并把它放在含有A毒素的血清中。随后,研究人员介绍了一种基因工程抗体,它在SNAP-25蛋白质以特定方式被移至A神经毒素上后能与之反应。如果抗体与芯片反应,他们就知道血液样本中含有毒素。通过这种方法,Christian
Lévêque和他的团队在几小时之内就可以检测出毒素而并非几天,况且检测的浓度范围比小鼠实验低得多。

肉毒杆菌致病,主要靠强烈的肉毒杆菌毒素。肉毒杆菌毒素是已知毒性最剧烈的毒物,毒性比KCN强1万倍;纯化结晶的肉毒毒素1mg能杀死2亿只小鼠,对人的致死剂量约为0.1μg。肉毒毒素与典型的外毒素不同,并非由生活的细菌释放,而是在细菌细胞内产生无毒的前体毒素,待细菌死亡自溶后游离出来,经肠道中的胰蛋白酶或细菌产生的蛋白酶激活后方才具有毒性,且能抵抗胃酸和消化酶的破坏。肉毒毒素是一种神经毒素,能透过机体各部分的黏膜。肉毒毒素由胃肠道吸收后,经淋巴和血液扩散,作用于脑神经核和外周神经肌肉接头以及植物神经末梢,阻碍乙酰胆碱释放,影响神经冲动的传递,导致肌肉的松弛性麻痹。

“这些微型蛋白质结合剂有可能成为弥补小分子药物和生物制剂之间差距的新一类药物,如单克隆抗体,它们可以设计成以高选择性与靶标结合,但它们更加稳定和更容易领导多机构研究项目的大卫·贝克(David
Baker)说:“生产和管理”。

Lévêque表示,给SNAP-25加上芯片是这种新方法的核心部分。这种方法让反应直接面向病人的血样,这意味着不用把时间浪费在样品分析的准备工作上。要知道,在临床测试中,样品的准备工作常常代表一个制约瓶颈。换句话说,他的团队工作很简单,只需要将样品稀释并引入装置中即可。

肉毒杆菌毒素除皱有一定的并发症和副作用,如注射局部头痛;抬头纹处注射不当时会发生睑下垂;鱼尾纹处注射不当时会发生复视及闭眼不全;因注射剂量不准确,一侧多、一侧少会发生不对称的结果;进针刺破血管偶而发生出血或血肿;大剂量、反复注射可能会引起免疫复合物疾病;肌肉麻痹的结果是不能做各种表情,有假面具样感觉;极少数患者可发生过敏性休克。

贝克是华盛顿大学医学院生物化学教授,也是UW蛋白质设计研究所所长。他也是霍华德休斯医学研究所调查员。

哥伦比亚密苏里大学的纳米分子医学专家Luis
Polo-Parada说,新的测试方法快速,同时具有高度的灵敏性。但同时他也提出警告,将该测试应用到病人身上之前,务必要对其准确性进行确认。还有专家希望毒素的检测种类可以扩大到B、E和F神经毒素,Lévêque表示他的团队早就向着这个目标迈进了。

原标题:谈虎色变的肉毒杆菌

贝克和他的同事在自然杂志9月27日发表的文章中报道了他们的发现。Aaron
Chevalier,Daniel-Adriano Silva和Gabriel J.
Rocklin是该项目时的主要作者,也是UW蛋白质设计研究所的资深研究员。

该方法使用了由贝克和华盛顿大学的同事开发的名为Rosetta的计算机平台。他们设计了数千种短的蛋白质,长度约为40个氨基酸,Rosetta程序预测会与分子靶标紧密结合。

华盛顿大学蛋白质设计研究所大卫·贝克(David
Baker)讨论了将微型蛋白质结合物作为针对神经毒素,流感病毒和其他麻烦剂的潜在靶向治疗剂的创建。他的实验室简要介绍了新蛋白质的计算设计,蛋白质在酵母中生长和测试的位置。这些所谓的“从头”蛋白质在实验室创建之前并不存在。信用:Randy
Carnell /
UW医学由于它们的体积小,这些短的蛋白质往往非常稳定。它们可以无冷藏储存。它们也比大型蛋白质药物如单克隆抗体更容易施用。

以前,这种短的蛋白质 –
粘合剂药物通常是天然存在的蛋白质的重新设计版本。然而,这些并不比单克隆抗体显着更好。

由于这些微型蛋白质粘合剂是原始设计,因此可以更加紧密地对其进行定制,以更容易地进行修改和改进。

在这项研究中,研究人员试图设计两套这些蛋白质:一套可以防止流感病毒侵入细胞,另一套可以结合和中和肉毒中毒致命的神经毒素。这种毒素被认为是潜在的生物武器。

计算机建模确定了适合并结合流感和肉毒杆菌目标的数千种短蛋白质的氨基酸序列。研究人员创建了短片DNA,编码这些蛋白质,在酵母细胞中生长蛋白质,然后观察它们与靶标的结合程度。目标是流感H1血凝素和肉毒杆菌神经毒素B.

总而言之,该方法允许他们在短短几个月内设计和测试22,660种蛋白质。超过两千人以高度亲和力绑定到目标身上。

评估最佳候选人发现抗流感蛋白中和细胞培养和其他设计的蛋白质中的病毒阻止了肉毒杆菌毒素进入脑细胞。

研究人员报告说,含有一种定制设计的蛋白质的鼻喷雾剂在暴露之前或之后72小时内进行治疗,完全保护小鼠免受感染。治疗提供的抗体等同于或超过抗体所见。蛋白质亚类的测试显示它们非常稳定,与抗体不同,高温不会失活。小蛋白质也引发很少或没有免疫反应,这是一个常常使较大的蛋白质药物无效的问题。

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