Umělá inteligence (AI) pomáhá překreslit rodokmen virů. Předpokládané proteinové struktury pomocí Alphafold a ty inspirované chatbotem „Modely jazyka proteinu“ odhalili překvapivé spojení v rodině virů, která zahrnuje patogeny, které infikují lidi a vznikající hrozby.

Velká část porozumění vědcům Evoluce viru je založeno na porovnání genomů. Evoluce virů, zejména těch s genomy RNA, a jejich náchylnost k získání genetického materiálu z jiných organismů ukazuje, že genetické sekvence mohou skrývat hlubší a vzdálenější vztahy mezi viry, které se mohou lišit v závislosti na studovaném genu.

Naproti tomu tvary nebo struktury proteinů kódovaných virovými geny mají tendenci se pomalu měnit, což umožňuje detekovat tato skrytá evoluční spojení. Až do příchodu nástrojů jako Alphafold, které mohou ve velkém měřítku předpovídat proteinové struktury, však nebylo možné porovnat proteinové struktury napříč celou rodinou virů, říká Joe Grove, molekulární virolog na University of Glasgow ve Velké Británii.

V článku zveřejněném tento týden vPříroda 1Grove a jeho tým demonstrují sílu přístupu založeného na struktuře k flavivirům-skupině, která zahrnuje viry hepatitidy C, dengue a Zika, jakož i několik důležitých zvířecích patogenů a druhů, které mohou představovat vznikající hrozby pro lidské zdraví.

Jak viry napadají

Pochopení evoluce flaviviru vědců je založeno především na sekvencích pomalu se vyvíjejících enzymů, které kopírují jejich genetický materiál. O původu proteinů „virového vstupu“, které flaviviry používají k vstupu do buněk a které určují hostitele, kterého mohou infikovat, je však známo pozoruhodně málo. Grove tvrdí, že tato mezera v znalostech bude bránit vývoji účinné vakcíny proti Hepatitida c, který každý rok zabíjí stovky tisíc lidí.

"Na úrovni sekvence jsou věci tak odlišné, že nemůžeme říci, zda jsou spojeny nebo ne," říká. "Průlom v predikci proteinové struktury otevírá celou otázku a my věci můžeme vidět docela jasně."

Použili vědci Deepminds Alphafold2 -Model a Esmfold, a Struktura- Predikční nástroj vyvinutý technologickým gigantem Meta, pro generování více než 33 000 předpokládaných struktur pro proteiny ze 458 druhů flaviviru. ESMFOLD je založen na jazykovém modelu vyškoleném s desítkami milionů proteinových sekvencí. Na rozdíl od Alphafoldu to vyžaduje pouze jednu vstupní sekvenci spíše než spoléhat se na více sekvencí podobných proteinů, což by mohlo být zvláště užitečné pro studium nejzáhadnějších virů.

Hepatitis C Virus E1 glycoprotein predicted using ColabFold-AlpahFold2.

Předpokládané struktury umožnily autorům identifikovat virové vstupní proteiny, jejichž sekvence se velmi liší od struktur známých flavivirů. Našli některá neočekávaná spojení. Skupina virů, která zahrnuje hepatitidu C, tedy používá systém k infikování buněk podobných tomu, co objevily u pestivirů - skupiny, která zahrnuje klasický virus prasečí chřipky, který způsobuje hemoragickou horečku u prasat a další zvířecí patogeny.

Srovnání poháněné AI ukázalo, že tento vstupní systém se liší od mnoha dalších flavivirů. "Pro hepatitidu C a její příbuzné nevíme, odkud pochází jejich vstupní systém. Mohlo to být vynalezeno," říká Grove.

Ukradeno bakteriemi

Předpokládané struktury také ukázaly, že dobře studované vstupní proteiny virů Zika a dengue mají stejný původ jako u „podivných a úžasných“ flavivirů s obrovskými genomy, včetně viru Hasseki klíště, které mohou způsobit horečku u lidí. Dalším velkým překvapením byl objev, že některé flaviviry mají enzym, který se zdá, že byl ukraden bakteriemi.

„To by bylo bezprecedentní,“ říká virologka Mary Petrone z University of Sydney v Austrálii, kdyby to nebylo pro objev jejího týmu v letošním roce podobné krádeže obzvláště „podivného a úžasného“ druhu flavivirus 2. "Genetické pirátství mohlo hrát větší roli při vývoji flavivirů, než se dříve myslelo," dodává.

David Moi, výpočetní biolog na University of Lausanne ve Švýcarsku, říká, že studie flaviviru je jen špičkou ledovce a že evoluční příběhy jiných virů a dokonce i některých buněčných organismů se pravděpodobně budou opakovat pomocí AI. "Nyní, když se můžeme podívat dále, musí všechny tyto věci získat malou aktualizaci," říká.