宾夕法尼亚州HERSHEY - 可以使用计算机解释为什么环境毒素可能导致神经退行性疾病吗?根据宾夕法尼亚州立大学医学院的研究人员，计算机生成模拟使他们能够看到盐水中藻类产生的毒素如何导致肌萎缩侧索硬化症(ALS)。

研究人员调查了一种名为β-甲氨基-L-丙氨酸(BMAA)的环境毒素，这种毒素与频繁饮食含有高水平BMAA的食物来源的人群中散发的ALS的发生率显着增加有关 - 包括关岛的查莫罗人口ALS发病率约为其他人群的100倍。

毒素由蓝藻(蓝藻)产生，可以在海洋生态系统中发生。据研究人员称，BMAA在鲨鱼，贝类和底部饲养者中积累 - 因此主要依赖这些食物来源的人群可能面临风险。

神经外科助理教授Elizabeth Proctor和药理学教授Nikolay Dokholyan使用计算机调查毒素接触可能导致ALS等疾病的发展。

据研究人员称，如果BMAA成为一种叫做铜锌超氧化物歧化酶(SOD1)的蛋白质，蛋白质可能会采用对神经元有毒的形式。

拥有生物信息学和计算生物学博士学位的Proctor表示，该研究可能是研究ALS非遗传病例的模型，ALS占所有诊断的90%。

“我们的结果表明需要进一步研究ALS患者的SOD1修饰模式，”Proctor说。“如果我们能够确定疾病发病和进展的分子模式，它可能有助于散发性肌萎缩侧索硬化症的生活方式和预防性干预。”

研究人员得不到解释为什么BMAA导致ALS和其他神经退行性疾病的发展。

在他们的研究中，Proctor和Dokholyan发表在PLOS Computational Biology上，他们提出BMAA会使蛋白质SOD1折叠成对神经元有毒的形式。

根据DNA中编码的特定“配方”，使用20种氨基酸构建蛋白质。“成分”的轻微变化可能导致蛋白质无法按照预期的方式发挥作用。Proctor说，如果在构建SOD1的运动神经元中存在足够的BMAA，则可能将其误认为具有相似特性的氨基酸L-丝氨酸。

根据研究人员的研究，他们使用计算机模拟来观察蛋白质与BMAA而不是丝氨酸的相似之处，这种替代会严重改变蛋白质的结构和稳定性。

超过150个SOD1突变与ALS有关，但根据该研究的共同作者，药理学教授Nikolay Dokholyan的说法，这些突变的结构变化不足以影响蛋白质的稳定性。

“与大多数正常蛋白质相比，SOD1具有更高的稳定性，”拥有物理学博士学位的Dokholyan说。“虽然这种蛋白质中的许多突变与ALS有关，但其结构的改变不足以导致严重的不稳定。”

丝氨酸是BMAA竞争的氨基酸，在SOD1的“配方”中出现十次。研究人员使用由Dokholyan开发的计算机程序，通过用BMAA代替10次中每次发生的丝氨酸来测试他们的理论。他们观察到BMAA掺入对蛋白质的结构和稳定性具有不利影响并导致其折叠或采用其形状不正确。