【武漢肺炎】結構生物學扮先鋒 解鎖新冠肺炎病毒

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2019新型冠狀病毒疫情大流行,目前全球確診個案已破160萬例、逾9萬人不治。科學家積極研發疫苗和解藥,對新型冠狀病毒(SARS-CoV-2)進行研究,首重了解病毒分子間的確切的形狀和結構,才有機會研發出解藥和疫苗。

先前的抗流感藥物,例如:特敏福(Tamiflu)和瑞樂沙(Relenza),都是透過解構病毒的方法,才研發成功。

因此,科學界對於研發新型冠狀病毒解藥和疫苗,也抱極度樂觀的態度。

目前藥物研發進度

有人聲稱,抗瘧疾和自體免疫疾病的用藥奎寧(chloroquine),可用於治療新冠肺炎。但實際上,並沒有任何處方箋對新冠肺炎有實質性的治療效果。

為了抗病毒藥物的研發,製藥公司針對感染新冠病毒後痊癒之病例,尋找人體產出的抗體。此外,也積極發展適用於健康人體的病毒疫苗,透過使用遺傳物質或合成病毒蛋白,希望能啟動人體本身的免疫系統,可以自行對抗病毒。

其中一些實驗性藥物和疫苗,已經進入人體實驗的階段。一段時間後,我們可以知道這些藥物是否有效。但可以肯定的是,目前仍需要投注大量的資金和時間,直到新冠病毒藥物和疫苗研發成功。

結構生物學提供新冠病毒研究方法

結構生物學能讓我們看見奈米尺寸的分子,例如DNA,RNA和蛋白質。 目前科學家使用X射線晶體學,和低溫電子顯微術等結構生物學方法,來檢視病毒的分子結構組成。

日前,結構生物學家已經研究出新型冠狀病毒的蛋白組成,而病毒自身的棘突蛋白(spike protein)(幫助病毒進入宿主的蛋白),和能夠使病毒複製的酶(enzyme)成為了目前製藥公司研究的重點。

透過結構生物學數據,科學家能尋找病毒蛋白內的特殊特徵,此特徵通常為可以容納小的化學分子的空間。一旦鑑定此特徵後,即可致力於研究該分子,改善其適應性,並使其作為藥物發揮治療作用。最後,希望化學分子可能足夠緊密地貼合在一起,以阻止病毒蛋白發揮作用,就像將扳手扔入一組齒輪中一樣。

這種研發新藥和標靶藥物的方法稱為「基於結構的藥物設計」(structure-based drug design),因過去已成功透過此方法,研發出抗流感藥物特敏福和瑞樂沙,因此可以知道此方法省時、高效且精確。

對於疫苗設計和治療方法的開發,了解新冠病毒的棘突蛋白的外觀是一個重大突破。他們目前也計劃使用這個蛋白質,來監測痊癒病例產生的抗體。

結構生物學數據搜集

現代的科技、儀器和數據搜集,已經讓結構生物學的數據提供管道更多元快速,相較於5年前的技術,根本無法做到現在的程度。

目前收集到的結構數據存放在蛋白質數據庫(PDB)和電子顯微鏡數據庫(EMDB),兩個數據資料庫都在網路上並開放全球免費使用,希望全球的科學家能夠合作,解答有關新冠病毒的問題,並找到藥物設計的最佳方法。

無論是開發新藥還是疫苗,結構生物學都是了解從病毒到人類的分子機制的第一線。

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