“大海捞针”:比利时生物安全实验室寻找冠状病毒药物化合物地平线:《欧盟研究与创新》杂志


那是2019年9月,我正在中国武汉举行的一次国际会议上发表演讲。 在舞台上,我解释了世界还没有为下一次大流行做好准备-这是我要讲的经典演讲,讲讲一些有风险的病毒家族。 我那天提到的其中之一是冠状病毒。 回想起来,我绝对无法想象,仅仅几个月后,在武汉发现的冠状病毒便会成为大流行的中心。

但是,试想一下,如果在首次发现导致Covid-19的病毒SARS-CoV-2时,中国的医生已经为他们的患者提供了一些有效的,广泛的抗冠状病毒药物。 医生和护士也将能够保护自己。 如果他们足够早地采取了隔离措施,并采取了隔离措施,则可能减慢甚至阻止了病毒的传播。

我们永远无法确定,但是今天的情况看起来可能大不相同。 这就是每天早晨激励我的原因。 如果我们能在病毒成为问题之前找到能够对抗病毒的药物,就可以将Covid-19之类的全球野火变成小型篝火。

这正是我们比利时鲁汶大学瑞加学院(Rega Institute)所做的。 我们正在寻找可能构成可用于Covid-19患者的有效抗病毒药物基础的分子。 我们正在寻找与病毒相互作用并阻止其自我复制的化合物。

草垛

但是找到合适的分子就像在大海捞针中寻找针头一样。 因此,我们参与了两种补充方法来做到这一点。 一个是EXSCALATE4CoV项目,该项目使用人工智能和高级超级计算,根据我们对SARS-CoV-2的结构及其与外界蛋白质的相互作用的了解,预测哪些化合物可能阻断病毒的复制周期。细胞。 我们在EXSCALATE4CoV的合作伙伴使用欧洲最大的超级计算机,每秒进行数百万次模拟,以查看它们是否可能与病毒上的特定目标位点结合并阻止其复制,从而搜索大型化学库。

当它识别出可能起作用的化合物时,化学家将其制成并将其发送给我们(在Rega研究所)以进行传染性病毒测试。 这项工作是在我们建立的名为Caps-It的全自动实验室中进行的。

在另一个名为SCORE的项目中,我们还使用Caps-It遵循了更传统的药物发现方法。 这就是所谓的盲筛,其中评估了数千种分子对细胞中生长的病毒的抗病毒活性。

您需要相当大的能力才能针对活细胞中的这种高度传染性病毒测试如此众多的分子。 Caps-It使我们成为少数能够安全测试大量化合物以抵抗SARS-CoV-2等活病毒的实验室之一。

约翰·奈特斯(Johan Neyts)教授及其团队正在使用人工智能和手动筛选技术来寻找有助于对抗Covid-19的药物分子。 图片来源-鲁汶大学/罗布史蒂文斯

生物安全实验室

瓶盖-它是一个完整的测试实验室,密封在实际上是一个盒子的里面。 一切都是由机器人完成的-处理病原体,添加试剂,进行孵育,测试和灭活传染性材料-因此,人类无需接触病毒或进入内部。 如果需要,我们的团队甚至可以在晚上在家中通过网络摄像头来操作系统。

在步入式高级生物安全实验室中,房间必须加压,运行昂贵且占用大量空间。 技术人员必须穿着防护服,并且只能在内部工作几个小时。 瓶盖-它可以每周7天,一天24小时工作。

它是由几年前我的一位高级团队的成员设计的,他曾有这个想法,并与专业工程师合作来构建和安装它。 我们想到的是,在大流行的情况下,我们将需要日夜测试化合物,但是我们不希望实验室技术人员使用危险的高致病性病毒来进行这种操作,因此让我们使其完全自动化。

建成后,我们在最初的几年中逐步提高了性能-首先不使用任何病毒,然后使用低致病性病毒。 然后,就像我们准备接受高致病性病毒一样,繁荣发展–到2020年,Covid-19到来。 我们已经准备就绪,可以在设施的关键时刻及时对化合物进行大量测试以防病毒。

该系统可以同时测试数千种不同的化学物质,以抵抗病毒。 该系统具有一次可最多孵育480个检测板的空间,每个检测板都有96或384个孔(可在其中放置病毒,测试化合物和细胞的小孔)。

“我们在武器和军事支出上花费了数万亿美元,因此,我们当然也应该武装自己,抵御下一次大流行。”

鲁汶大学Johan Neyts教授

机会

到目前为止,我们已经在基于细胞的系统中对化合物进行了近200万次测试,平均每测试30-40,000种化合物,我们就会发现所谓的命中化合物-一种可能阻止病毒复制的分子-仅通过机会。

但这仅仅是一个起点。 一旦我们选择了一个有趣的新目标,我们就必须与化学家合作以对其进行优化,以提高其效价和选择性。 然后,我们需要在动物中对其进行测试,并且我们已经开发了仓鼠SARS-CoV-2感染模型,可以使我们做到这一点。

因此,我想说这两种方法– AI和盲目筛选–并驾齐驱。 我们已经确定了某些化合物可能成为Covid-19的潜在药物治疗方法,并且在仓鼠模型中显示出了希望。 有些是实验性抗病毒药物或针对其他事物的现有药物。 我们还能够证明某些人声称可以治疗Covid-19的羟氯喹根本没有活性。

人工智能方法是一项强大的技术,并且与盲目筛选一起可以帮助我们识别病毒的致命弱点。 它加快了速度。

Neyts教授及其团队正在寻找与SARS-CoV-2病毒相互作用并阻止其自我复制的化合物。 图片来源-鲁汶大学/ Layla Aerts

副粘病毒

这种(方法)不仅在当前的大流行中很重要,而且在应对或预防未来的大流行中也很重要。 从许多病毒家族中,可能会出现潜在的具有高度传染性和危险性的病毒。 这样的家族之一就是副粘病毒,其中包括麻疹。

仅仅用了不到12个月的时间就制作出了高效的Covid-19疫苗,这真是了不起。 但是Covid-19的基本繁殖数(R0 –感染可从一个病例传播到的人数)为2-3,而类似麻疹的R0约为15。如果您传播的是这种病毒,必须等待12个月才能接种疫苗,为时已晚。 我们与比利时的同事进行了一些建模,结果表明即使对Covid-19没有高效力的药物也足以帮助缓解当地的疫情。

这就是为什么我们需要抗病毒药,可以减缓从受感染者那里传播的速度,并降低他们所患疾病的严重性。 我们在武器和军事支出上花费了数万亿美元,因此,我们当然也应该武装自己以应对下一次大流行。

我们需要为地球上77亿人口制定一项全球保险政策。 那是我的任务

告诉理查德·格雷(Richard Gray)。

本文中的研究是由欧盟资助的。 如果您喜欢这篇文章,请考虑在社交媒体上分享。



This article – ” “大海捞针”:比利时生物安全实验室寻找冠状病毒药物化合物地平线:《欧盟研究与创新》杂志
” – was originally published in Horizon, the EU Research & Innovation magazine

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