一篇新论文自然通讯概述了一个国际研究团队如何确定了快速设计改进和更有效化合物的潜在方法，以对抗COVID-19
这项工作是大规模片段筛选工作的结果，目的是开发一种针对SARS-CoV-2主要蛋白酶的抗病毒药物。该项目由钻石光源的生命科学副主任Martin Walsh、牛津大学结构化学生物学教授、钻石I04-1/XChem首席光束科学家Frank von Delft和以色列魏茨曼研究所助理教授Nir London领导。
该团队将质谱法与XChem位于Diamond的英国国家同步加速器设施相结合，以快速识别用于治疗COVID-19药物开发的新的先导化合物。
在这项被称为SARS-CoV-2主要蛋白酶晶体学和亲电片段筛选的研究中，研究小组用1250多个独特的小化合物(称为片段)探测了SARS-CoV-2的一种基本酶，并确定了74个高价值片段命中，可用于开发这种基本病毒蛋白的新抑制剂。
本文详细介绍了数据，并提出了改进的、更有效的化合物的设计路线。
“由SARS-CoV-2引起的COVID-19缺乏有效的治疗方法。此外，尽管以前爆发过人畜共患疾病，但没有针对密切相关的冠状病毒SARS-CoV-1或MERS-CoV开发抗病毒药物或疫苗。”
SARS-CoV-2主蛋白酶结构:CoVID-19游离酶晶体
“为了确定这种治疗方法的起点，我们通过结合质谱和x射线方法对SARS-CoV-2主要蛋白酶(病毒复制所必需的两种半胱氨酸病毒蛋白酶之一)进行了大规模的亲电试剂和非共价片段筛选。”
“我们的晶体学屏幕识别了74个横跨整个活性位点的点，以及三次在二聚体界面的点。这些结构揭示了快速开发更有效抑制剂的途径，并为正在进行的针对SARS-CoV-2主蛋白酶的基于结构的药物设计提供了前所未有的结构和反应性信息，”Martin Walsh解释说，他除了在Diamond的工作外，还是医学研究委员会(MRC)资助的哈韦尔研究中心(RCaH)的研究小组负责人。
结构生物学可以在药物开发中发挥关键作用，在2002年SARS-CoV-1爆发后也得到了迅速应用，Hilgenfeld小组早期对冠状病毒的主要蛋白酶的研究导致了SARS-CoV-1蛋白酶和抑制剂复合物的晶体结构。
其他研究采用了使用非常大的化合物库的高通量屏幕(HTS)的流行方法，随后进行了结构研究，以阐明绑定模式
“尽管做出了这些努力，但直接针对SARS-CoV-2(而不是疾病症状)并经临床试验验证的药物仍然难以捉摸。回想起来，这对于主要的蛋白酶抑制剂来说可能并不奇怪，因为拟肽抑制和共价抑制作为药物开发的策略都有风险。”
“一般来说，分子越简单，风险就越低。因此，我们对这种蛋白酶采用了不同的方法，使用高通量结构生物学的片段筛选，”Martin Walsh补充说。
片段法已经成为现代药物发现的主要方法，它使用少量(100秒或1000秒)的小化合物(<300 Da)，它们杂乱地结合，因此采样的化学空间比高温超导大得多。
挑战在于，碎片命中的结合非常弱，需要高度敏感的生物物理检测、仔细确认结合和专业的药物化学专业知识来处理命中并将其开发成完全有效的候选药物。
然而，通过正确的专业知识和设备，碎片的真正前景是，它们可以快速有效地转化为有效的候选药物，并以更简单的方式产生临床效果。
同步辐射源技术和自动化的快速发展使得直接在晶体结构中进行筛选成为可能，例如XChem在钻石光源的平台。
该团队采取了非常不寻常的路线，即在所有实验数据生成后立即发布;这一在社交媒体上发布的消息引发了一场大规模的国际合作，通过一项新颖的众包计划，利用全球科学家的知识，他们称之为COVID Moonshot。
CoVID-19二聚体的卡通表示，绿色和橙色的半透明表面描绘了每个单体
“在封锁开始后的几周内完成实验并实现高数据质量，是我们才华横溢的科学家的杰作。更值得注意的是国际社会对数据发布的反应:它动员了大量的专业知识、技术和慈善事业，这演变成了一项独特而严格的药物发现工作，旨在迅速开发一种全新的、容易合成的、具有良好安全性和临床前特性的口服抗病毒药物。”
“数据完全公开，几乎实时发布，因此全球任何药品制造商都可以获得结果。全世界的注意力一直集中在疫苗和现有药物的重新利用上，但‘登月计划’是少数尝试新型小分子疗法的项目之一。”
SARS-CoV-2是一种大的包膜阳性单链RNA β -冠状病毒。病毒RNA编码两个开放阅读帧，通过核糖体帧移位，产生两个多蛋白pp1a和pp1ab。
这些多蛋白产生复制-转录酶复合体的大部分蛋白质。多蛋白由两种病毒半胱氨酸蛋白酶处理:一种木瓜蛋白酶样蛋白酶(PLpro)，它切割3个位点，释放非结构蛋白nsp1-3和一种c3样蛋白酶(也称为主蛋白酶(Mpro)，在11个位点切割释放非结构蛋白(nsp4-16)。
这些非结构蛋白形成复制酶复合体，负责病毒基因组的复制和转录，并导致Mpro和PLPro成为抗病毒药物开发的主要靶点。
