Tehisintellekt (AI) aitab viiruste sugupuud ümber joonistada. Prognoositavad valgustruktuurid kasutades AlphaFold ja chatbotist inspireeritud "Valgu keele mudelid" on avastanud üllatavaid seoseid viiruste perekonnas, mis sisaldab inimesi nakatavaid patogeene ja esilekerkivaid ohte.

Suur osa teadlaste arusaamast viiruse evolutsioon põhineb genoomide võrdlemisel. Viiruste, eriti RNA genoomidega viiruste välkkiire areng ja nende kalduvus omandada teistelt organismidelt geneetilist materjali näitavad aga, et geneetilised järjestused võivad peita sügavamaid ja kaugemaid seoseid viiruste vahel, mis võivad olenevalt uuritavast geenist erineda.

Seevastu viiruse geenide poolt kodeeritud valkude kujud või struktuurid kipuvad aeglaselt muutuma, võimaldades tuvastada neid peidetud evolutsioonilisi seoseid. Kuid kuni selliste tööriistade nagu AlphaFold tulekuni, mis suudavad ennustada valgu struktuure suures ulatuses, ei olnud võimalik võrrelda valgu struktuure terve viiruste perekonna vahel, ütleb Ühendkuningriigi Glasgow ülikooli molekulaarviroloog Joe Grove.

Sel nädalal aastal avaldatud artiklisLoodus 1Grove ja tema meeskond demonstreerivad struktuuripõhise lähenemisviisi võimsust flaviviirustele – rühmale, kuhu kuuluvad C-hepatiidi, dengue- ja Zika viirused, aga ka mitmed olulised loomapatogeenid ja liigid, mis võivad kujutada endast uusi ohte inimeste tervisele.

Kuidas viirused tungivad

Teadlaste arusaam flaviviiruse evolutsioonist põhineb peamiselt aeglaselt arenevate ensüümide järjestustel, mis kopeerivad nende geneetilist materjali. Siiski on märkimisväärselt vähe teada nende "viiruse sisenemise" valkude päritolu kohta, mida flaviviirused kasutavad rakkudesse sisenemiseks ja mis määravad peremehe, mida nad võivad nakatada. Grove väidab, et see teadmiste lünk takistab tõhusa vaktsiini väljatöötamist C-hepatiit, mis tapab igal aastal sadu tuhandeid inimesi.

"Järjestuse tasemel on asjad nii erinevad, et me ei saa öelda, kas need on seotud või mitte," ütleb ta. "Lurmur valgu struktuuri prognoosimisel avab kogu küsimuse ja me näeme asju üsna selgelt."

Teadlased kasutasid DeepMinds AlfaFold2 -mudel ja ESMFold, a Struktuur- Ennustustööriist, mille on välja töötanud tehnoloogiagigant Meta, et luua enam kui 33 000 ennustatud struktuuri 458 flaviviiruse liigist pärinevate valkude jaoks. ESMFold põhineb keelemudelil, mis on koolitatud kümnete miljonite valgujärjestustega. Erinevalt AlphaFoldist nõuab see ainult ühte sisendjärjestust, mitte tugineda mitmele sarnaste valkude järjestusele, mis võib muuta selle eriti kasulikuks kõige salapärasemate viiruste uurimiseks.

Hepatitis C Virus E1 glycoprotein predicted using ColabFold-AlpahFold2.

Prognoositud struktuurid võimaldasid autoritel tuvastada viiruse sisenemise valgud, mille järjestused erinevad suuresti teadaolevate flaviviiruste omadest. Nad leidsid ootamatuid seoseid. Seega kasutab viiruste rühm, mis hõlmab C-hepatiiti, rakkude nakatamiseks süsteemi, mis sarnaneb pestiviirustega avastatuga – rühma, mis hõlmab klassikalist seagripi viirust, mis põhjustab sigadel hemorraagilist palavikku, ja muid loomapatogeene.

AI-toega võrdlused näitasid, et see sisendsüsteem erineb paljude teiste flaviviiruste omast. "C-hepatiidi ja selle lähedaste puhul me ei tea, kust nende sisenemissüsteem pärineb. See võis olla välja mõeldud," ütleb Grove.

Varastatud bakterite poolt

Ennustatud struktuurid näitasid ka, et Zika ja dengue viiruste hästi uuritud sisendvalgud on sama päritoluga kui tohutute genoomidega "veidratel ja imelistel" flaviviirustel, sealhulgas Haseki puugiviirusel, mis võib põhjustada inimestel palavikku. Teine suur üllatus oli avastus, et mõnel flaviviirusel on ensüüm, mis näib olevat bakteritelt varastatud.

"See oleks enneolematu," ütleb viroloog Mary Petrone Sydney ülikoolist Austraaliast, kui tema meeskond poleks sel aastal avastanud sarnast eriti "veidra ja imelise" flaviviiruse liigi vargust. 2. "Geneetiline piraatlus võis mängida flaviviiruste evolutsioonis suuremat rolli, kui varem arvati," lisab ta.

Šveitsi Lausanne'i ülikooli arvutusbioloog David Moi ütleb, et flaviviiruse uuring on vaid jäämäe tipp ning tõenäoliselt jutustatakse AI abil ümber teiste viiruste ja isegi mõnede rakuliste organismide evolutsioonilood. "Nüüd, kui saame edasi vaadata, tuleb kõiki neid asju veidi värskendada," ütleb ta.