德國科研人員成功破解冠狀病毒代碼
新型冠狀病毒繁殖所需的主蛋白酶被破解
從而找到了抑制劑
隨著新冠肺炎COVID-19病例在全球範圍內地不斷增加，全世界的研究人員不僅在爭分奪秒地積極尋找新型冠狀病毒(SARS-CoV-2)疫苗，而且也快馬加鞭地尋找能夠抑制病原體在人體內繁殖的途徑，從而有效地開發出治療新冠肺炎的藥物。 在中國、美國和德國，人們在使用當初為抗擊埃博拉病毒研發出的活性物質瑞德西(Remdesivir)和法匹拉韋(Favipiravir)進行臨床試驗。
3月20日，頂級學術專刊《科學》在線發表了一篇題為《Crystal strukture of SARS-CoV-2 main protease provides a basis for design of improved α-ketoamide inhibitors》的論文(論文中文名稱：SARS-CoV-2病患體中的新型冠狀病毒主蛋白酶的晶體結構為設計改進的α-酮酰胺抑制劑提供了基礎)。生命的基礎是蛋白質，病毒若是沒有主蛋白酶Mpro，新型冠狀病毒(SARS-CoV-2)就無法在宿主的細胞中複製其遺傳物質。 如果人們掌握了這種蛋白酶的結構，就為消滅病毒開闢了新的渠道。因此，新冠病毒中的主蛋白酶Mpro(也稱3CLpro)是一個重要的潛在藥物靶標，抑制這一主蛋白酶的活性就能阻斷病毒的複製。
德國呂貝克大學的結構生物學家-- 羅爾夫·希爾根費爾德（Rolf Hilgenfeld）教授是病毒學領域全球公認的專家，在2002/2003年薩斯SARS肺炎大流行期間他開發了針對薩斯病毒的抑制劑。2016年，他又成功地解析了寨卡病毒的蛋白酶。當新型冠狀病毒在中國暴發後，他帶著之前研發出的薩斯病毒抑制劑飛往中國，嘗試開發治療新型冠狀病毒的藥物。有關這個事蹟《華商報》曾經做過長篇報道。生活在上海的德國網紅阿福也通過視頻採訪了當時在中國的希爾根費爾德教授。
希爾根費爾德教授和呂貝克大學的華裔科研人員張琳琳(Linlin Zhang)率領的一個研究小組目前在針對新冠病毒SARS-CoV-2的研究上取得了突破，研究人員用X射線以1.75埃的分辨率解析了新冠病毒主蛋白酶Mpro的晶體結構。病毒需要這種蛋白酶才能在宿主的細胞中複製其核糖核酸RNA。 這一蛋白酶首先產生大蛋白複合物，即多聚蛋白。又在蛋白水解酶的作用下，釋放出十二段功能性多肽，隨後形成轉錄複合體，最後開始病毒RNA的複製過程。
希爾根費爾德教授解釋說：“當我們攻破新冠病毒的主蛋白酶，就可以阻止病毒的複製。” 為了解析這一蛋白酶，德國研究人員利用中國科研人員今年一月份公佈的研究成果，在這個基礎上成功地分離出新冠病毒主蛋白酶的遺傳構建，並將它進行合成，然後將該基因引入大腸桿菌的培養基。之後，細菌開始大量產生這一病毒酶。張琳琳說：“在一月底，我們已經結晶了足夠的蛋白酶，這些晶體於2月1日送到柏林赫爾姆霍爾茲研究中心(Helmholtz Zentrum Berlin)。蛋白酶晶體在那裡被送上BESSY II同步加速器，用高強度的X射線進行照射”，X射線的衍射令研究人員觀察到了蛋白酶三維結構中可見到的單個原子。
BESSY II同步加速器是一種非常出色的X射線研究光源，研究人員使用一臺MX儀器發射出的高強度X射線照射微小的蛋白質晶體。研究人員通過這個方法查找病毒、細菌和細胞中起重要作用的蛋白質，從而進一步找到蛋白質分子結構中的弱點。今後針對新冠病毒研製出的抑制劑將對接蛋白分子的弱點，從而阻止蛋白的功能。MX的縮寫來自英語，其中M代表“大分子”，X代表“ X射線結構分析”。
為解析病毒的蛋白酶，蛋白酶首先必須從溶液中結晶出來，這樣才能將蛋白的大分子排列在規則的晶格位點上。 然後將標本放入液氮中冷卻，再用機械手(右圖中的黃色機械手)將其穩定地把持在X射線中。 X射線在蛋白質晶體結構處衍射，在檢測器中產生衍射圖樣。最後分析該衍射圖的每個點，藉助複雜的算法對蛋白質的三維結構進行解析。另外，計算機程序還會計算蛋白質分子周圍的電子密度，其中包含有關蛋白質結合的可能性和化學性質的重要信息。
當人們解析了病毒的蛋白酶結構，便能有效地開發病毒抑制劑，找到活性物質（抑制劑）對病毒攻擊的靶點。研究人員解釋說：“尚不具有類似裂解特異性的人蛋白酶，該抑制劑對人體不太可能具有毒性。” 這意味著今後開發出的藥物不會對人體產生嚴重的副作用或造成細胞損傷。
目前希爾根費爾德教授(Hilgenfeld)及其團隊已經獲得初步的成功。他們在幾年前開發出的中東呼吸綜合症冠狀病毒(MERS-CoV)和其它冠狀病毒的抑制劑已證明對新型冠狀病毒(SARS-CoV-2)有效。 當研究人員通過皮下注射或霧化吸入的方式將α-酮酰胺抑制劑施用於小鼠時，正如所希望的那樣，該抑制劑主要在肺和腎臟中積累，這兩個器官是新冠肺炎(COVID-19)影響最大的地方。小鼠對於抑制劑的吸入耐受良好，未顯示任何不良反應。這表明將該化合物直接適用於肺部也是可行的。據研究人員的報告稱，用人類肺細胞培養物進行的試驗證實：如果肺細胞之前感染過新冠病毒(SARS-CoV-2)，則該抑制劑能阻止病毒繁殖，進而阻止感染的進展。 研究者認為，用霧化裝置吸入抑制劑是開發治療新冠病毒藥物的良好途徑。鑑於這些有利的藥代動力學成果，此項研究為含吡啶酮的抗冠狀病毒藥物研發提供了極其寶貴的框架。
但是，這種抑制劑的開發仍處於起步階段。 希爾根菲爾德教授強調：“我們的活性成分肯定要花幾年的時間才能發展成為抗冠狀病毒的藥物。” 下一步工作是為必要的臨床研究尋找資金，據目前可靠的消息，資金可能來自某個財團。該財團目前已成為歐盟抗擊新冠病毒規劃中的一員。
對於當前的新冠肺炎大流行而言，這種抑制劑可能來得較晚。 但是它可以幫助治療可能復發的新冠肺炎感染，從而減少死亡人數。
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