用于防止化学武器攻击的合成蛋白质

【字体: 时间:2022年09月02日 来源:Science Advances

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  一种新颖的蛋白质设计可能导致新一代防御性生物传感器和对付大规模杀伤性武器的治疗。

  

包括罗格斯大学(Rutgers)科学家在内的一个团队设计了一种合成蛋白质,可以快速检测一种致命神经毒剂的分子,这种毒剂已被联合国列为大规模杀伤性武器,可用于化学战攻击。科学家们表示,这一进展可能为新一代定制的生物传感器和治疗方法铺平道路,这些方法可以用于对抗化学战剂VX。

正如《Science Advances》杂志所描述的那样,该团队在罗格斯大学实验室的高速计算机上通过特殊设计制造出了这种蛋白质。该研究的作者之一、罗格斯大学高级生物技术与医学中心(CABM)的科学家维卡斯·南达(Vikas Nanda)说:“我们已经制造出了一种结合化学靶点的人工蛋白质——在这种情况下,是VX神经毒剂。我们想把它设计成能产生与设备耦合的信号,成为化学武器的生物传感器。我们已经做到了。”

VX是一种无味、无味的人造化合物,在所有已知的化学战剂中,它是毒性最大、反应最快的。它通过攻击神经系统,在几分钟内通过窒息导致肌肉麻痹和死亡。由于VX被列为大规模杀伤性武器,各国被禁止储存它。然而,各国被允许储存少量用于研究。

罗格斯大学的研究小组设计了这种蛋白质,使其中心有一个与VX的精确形状和化学成分相匹配的空洞。纽约城市学院(City College of New York)的合作者们采用罗格斯大学的设计,生产了一种真正的蛋白质,对其进行了纯化,并将样本放在冰块中过夜,运到密苏里州堪萨斯城的MRIGlobal化学武器测试设施。在那里,这种蛋白质在24小时内对VX进行了测试。

“这种蛋白质发生了巨大的形状变化,将VX埋在了我们设计的空洞中,”Nanda说,他也是罗格斯大学罗伯特·伍德·约翰逊医学院生物化学和分子生物学教授。“这种形状的变化是可以连接到传感器设备的信号。”

Nanda说,这种蛋白质检测VX的灵敏度是现有技术的1000倍。此外,当当今的传感器偶然检测到类似的非神经毒剂化学物质时,这种蛋白质不会产生误报,比如一些农药。

根据美国疾病控制与预防中心的网站,在20世纪80年代的两伊战争中,VX或其他神经毒剂可能被用于化学战。化学武器专家称,最近还在战争中使用了化学武器,其中一次还被用于暗杀。虽然VX可以使用解毒剂,但如果在接触VX后尽快给予解毒剂,效果会更好。

Nanda说:“这里提出的设计方法应该能够推动新一代生物传感器、治疗和诊断技术的发展。”

Computational design of a sensitive, selective phase-changing sensor protein for the VX nerve agent

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