14歲中學生找到有望治療新冠的藥物，獲得北美科研競賽大獎

撰文

根據約翰霍普金斯大學的最新統計，目前全球新冠肺炎感染人數超過4100萬。因為種種原因，新冠現在成了美國第三大致死因素，僅次於心髒病和癌症。疫苗和療法的研發已經成為當務之急。

可是，現在還沒有出現針對新冠的有效療法。根據世界衛生組織（WHO）在今年10月披露的

就在這樣的背景下，最近一位14歲的中學生找到了有望對付新冠的特殊分子，並贏得了一項科學大獎。

這個14歲的少女叫做

她獲獎後，印度駐美大使館還專門發推祝賀。

Anika

1918年美國堪薩斯州萊利堡的臨時醫院。圖片來源：Associated

在進一步的檢索後她得知，即使有了先進的醫療手段，美國目前每年依然有6萬人死於流感。而她自己也曾患上流感，這些經曆促使她尋找能夠打敗流感的藥物。Anika

不過，她並沒有鑽入實驗室，而是采用了 in

這種方法和過去的生物醫學研究不同。對醫學研究有所了解的人知道，在活體內研究叫做 in

簡單來說，這個方法就是通過計算機的輔助，從數萬待選的分子中找到能和病毒結合的分子。

因為發現了

要知道一個藥物有沒有用，其實就要看它是否能和生物分子發生作用。就像正確的鑰匙能插入鎖裏一樣，如果一種藥物分子有用，它就可以和生物分子緊密結合在一起，這就叫做分子對接（molecular

分子對接：受體（左）和配體（中）結合（右）

就拿新冠病毒（SARS-CoV-2）來說，新冠病毒表面有一種刺突蛋白，刺突蛋白是新冠病毒入侵人體細胞的武器。

新冠病毒表面的刺突蛋白S

如果能用什麼藥物分子鎖住這個武器，和它發生分子對接，那麼新冠病毒就無法進入人體細胞，它的感染能力就會下降。Anika

確實，以前人類在尋找藥物的時候是通過大量的實驗，費時費力。但是現在利用性能強大的計算機，科學家們可以在電腦前研究分子對接，試錯過程就得到了極大的簡化。

那麼，怎樣用計算機找到能和新冠病毒對接的藥物呢？

這主要是看藥物和新冠病毒表面刺突蛋白的親和力。

一般來說，藥物和生物分子之間是否能形成分子對接是用結合親和力來表示的。結合親和力可以用熱力學中的自由能來計算，計算公式放在這裏大家感受一下：

結合親和力和氣體常數R、絕對溫度T有關。

在化學上，自由能越低，反應就越有可能發生。也就是說，結合自由能越低，鑰匙和鎖就越容易卡在一起，藥物就越有效。

一般來說藥物的結合親和力在-8.28

篩選藥物，就是要找到結合親和力靠近左區間的分子。不過，結合親和力的計算過程相當複雜。

就這麼說吧，在微觀上，分子之間的作用力有範德華力、庫侖力、π–π

壁虎爬牆是因為範德華力

因為這些複雜的作用力，生物分子和藥物分子並不會像鎖和鑰匙那樣緊密地卡在一起不再相對移動，而會不停地變換體位。所以在計算結合親和力時，就要考慮兩個分子的各種不同體位（構型），計算量很大，這也是為什麼

當然，藥物不僅要有較好的結合親和力，還要對人體無毒。我們來看看

首先，要找到新冠病毒刺突蛋白上最容易結合的位點。為此，Anika

分子對接示意圖

接下來，她從一個包含6.98億個分子的數據庫中進行海選，構造所有備選藥物分子的三維圖像，然後篩選出其中具有藥用潛能的分子。

怎麼找到有藥用潛能的分子呢？Anika

裏賓斯基五規則是輝瑞的化學家

Anika

在這一步，Anika

CLC

接下來，要對這些具有良好結合親和力的藥物分子進行 ADMET

ADMET是Absorption（吸收）、Distribution（分布）、Metabolism（代謝）、Excretion

能通過這一步檢驗的分子就更少了。在最後階段要做的是計算進入「決賽」階段的候選分子的結合自由能。

最終，Anika

這個可以和新冠病毒表面的刺突蛋白結合的分子有望成為治療新冠的潛在藥物。

關於自己的研究，Anika

當然，Anika

你可能想知道這個少女是如何走上了科研道路的。其實，Anika

Anika