Изкуственият интелект (AI) помага да се преначертае родословното дърво на вирусите. Използване на предвидени протеинови структури AlphaFold и вдъхновени от чатботове „Протеинови езикови модели“ са открили изненадващи връзки в семейство от вируси, което включва патогени, които заразяват хората и възникващи заплахи.

Голяма част от разбиранията на учените за вирусна еволюция се основава на сравняване на геноми. Въпреки това, светкавичната еволюция на вирусите, особено тези с РНК геноми, и тяхната склонност да придобиват генетичен материал от други организми показва, че генетичните последователности могат да скрият по-дълбоки и по-далечни връзки между вирусите, които могат да варират в зависимост от гена, който се изследва.

Обратно, формите или структурите на протеините, кодирани от вирусни гени, са склонни да се променят бавно, което прави възможно откриването на тези скрити еволюционни връзки. Въпреки това, до появата на инструменти като AlphaFold, които могат да предскажат протеинови структури в голям мащаб, не беше възможно да се сравнят протеинови структури в цялото семейство вируси, казва Джо Гроув, молекулярен вирусолог в университета в Глазгоу, Обединеното кралство.

В статия, публикувана тази седмица вПриродата 1Гроув и неговият екип демонстрират силата на структурно базиран подход към флавивирусите - група, която включва вирусите на хепатит С, денга и Зика, както и няколко важни животински патогени и видове, които могат да представляват възникващи заплахи за човешкото здраве.

Как нахлуват вирусите

Разбирането на изследователите за еволюцията на флавивируса се основава предимно на последователности от бавно развиващи се ензими, които копират техния генетичен материал. Въпреки това, забележително малко се знае за произхода на протеините за „влизане на вируси“, които флавивирусите използват, за да навлязат в клетките и които определят гостоприемника, който могат да заразят. Гроув твърди, че тази празнина в знанията ще попречи на разработването на ефективна ваксина срещу Хепатит С, което убива стотици хиляди хора всяка година.

„На ниво последователност нещата са толкова различни, че не можем да кажем дали са свързани или не“, казва той. „Пробивът в прогнозирането на протеиновата структура отваря целия въпрос и можем да видим нещата доста ясно.“

Изследователите са използвали DeepMinds AlphaFold2 -модел и ESMFold, a структура- Инструмент за прогнозиране, разработен от технологичния гигант Meta, за да генерира повече от 33 000 предвидени структури за протеини от 458 вида флавивируси. ESMFold се основава на езиков модел, обучен с десетки милиони протеинови последователности. За разлика от AlphaFold, той изисква само една входна последователност, вместо да разчита на множество последователности от подобни протеини, което може да го направи особено полезен за изучаване на най-мистериозните вируси.

Hepatitis C Virus E1 glycoprotein predicted using ColabFold-AlpahFold2.

Предсказаните структури позволиха на авторите да идентифицират вирусни входни протеини, чиито последователности се различават значително от тези на известните флавивируси. Те откриха някои неочаквани връзки. Така че групата вируси, която включва хепатит С, използва система за заразяване на клетки, подобна на тази, която са открили с пестивирусите - група, която включва вируса на класическия свински грип, който причинява хеморагична треска при прасетата, и други животински патогени.

Сравненията, задвижвани от AI, показаха, че тази система за въвеждане е различна от тази на много други флавивируси. „За хепатит С и неговите роднини не знаем откъде идва системата им за въвеждане. Може да е била измислена“, казва Гроув.

Откраднато от бактерии

Предсказаните структури също показаха, че добре проучените входящи протеини на вирусите Zika и денга имат същия произход като тези на "странните и прекрасни" флавивируси с огромни геноми, включително вируса на кърлежите Haseki, който може да причини треска при хората. Друга голяма изненада беше откритието, че някои флавивируси притежават ензим, който изглежда крадено от бактерии.

„Това би било безпрецедентно“, казва вирусологът Мери Петрон от университета в Сидни, Австралия, ако не беше откритието на нейния екип тази година за подобна кражба на особено „странен и прекрасен“ вид флавивирус 2. „Генетичното пиратство може да е изиграло по-голяма роля в еволюцията на флавивирусите, отколкото се смяташе досега“, добавя тя.

Дейвид Мои, компютърен биолог от университета в Лозана, Швейцария, казва, че изследването на флавивируса е само върхът на айсберга и че еволюционните истории на други вируси и дори някои клетъчни организми вероятно ще бъдат преразказани с помощта на AI. „Сега, когато можем да погледнем по-нататък, всички тези неща трябва да получат малко актуализация“, казва той.