Umjetna inteligencija (AI) pomaže u ponovnom iscrtavanju obiteljskog stabla virusa. Korištenje predviđenih proteinskih struktura AlphaFold i one inspirirane chatbotovima “Jezični modeli proteina” su otkrili iznenađujuće veze u obitelji virusa koja uključuje patogene koji inficiraju ljude i nove prijetnje.

Veliki dio shvaćanja znanstvenika o virusna evolucija temelji se na usporedbi genoma. Međutim, munjevita evolucija virusa, posebno onih s RNA genomima, i njihova sklonost preuzimanju genetskog materijala od drugih organizama pokazuje da genetske sekvence mogu sakriti dublje i udaljenije odnose među virusima, koji mogu varirati ovisno o genu koji se proučava.

Nasuprot tome, oblici ili strukture proteina kodiranih virusnim genima imaju tendenciju da se sporo mijenjaju, što omogućuje otkrivanje tih skrivenih evolucijskih veza. Međutim, sve do pojave alata kao što je AlphaFold, koji može predvidjeti strukturu proteina u velikim razmjerima, nije bilo moguće usporediti strukture proteina u cijeloj obitelji virusa, kaže Joe Grove, molekularni virolog sa Sveučilišta u Glasgowu, UK.

U članku objavljenom ovog tjedna uPriroda 1Grove i njegov tim pokazuju snagu strukturnog pristupa flavivirusima—skupini koja uključuje hepatitis C, denga groznicu i Zika viruse, kao i nekoliko važnih životinjskih patogena i vrsta koje mogu predstavljati nove prijetnje ljudskom zdravlju.

Kako virusi napadaju

Razumijevanje evolucije flavivirusa od strane istraživača temelji se prvenstveno na sekvencama enzima koji se sporo razvijaju i kopiraju njihov genetski materijal. Međutim, iznimno malo se zna o podrijetlu proteina "ulaska virusa" koje flavivirusi koriste za ulazak u stanice i koji određuju domaćina kojeg mogu zaraziti. Grove tvrdi da će ovaj jaz u znanju spriječiti razvoj učinkovitog cjepiva protiv Hepatitis C, koji svake godine ubije stotine tisuća ljudi.

"Na razini slijeda, stvari su toliko različite da ne možemo reći jesu li povezane ili ne", kaže on. "Proboj u predviđanju strukture proteina otvara cijelo pitanje i možemo vidjeti stvari prilično jasno."

Istraživači su koristili DeepMinds AlphaFold2 -model i ESMFold, a Struktura- Alat za predviđanje koji je razvio tehnološki div Meta, za generiranje više od 33 000 predviđenih struktura za proteine ​​iz 458 vrsta flavivirusa. ESMFold se temelji na jezičnom modelu treniranom s desecima milijuna proteinskih sekvenci. Za razliku od AlphaFolda, zahtijeva samo jednu ulaznu sekvencu umjesto oslanjanja na više sekvenci sličnih proteina, što bi ga moglo učiniti posebno korisnim za proučavanje najmisterioznijih virusa.

Hepatitis C Virus E1 glycoprotein predicted using ColabFold-AlpahFold2.

Predviđene strukture omogućile su autorima da identificiraju ulazne proteine ​​virusa čije se sekvence uvelike razlikuju od onih poznatih flavivirusa. Pronašli su neke neočekivane veze. Dakle, skupina virusa koja uključuje hepatitis C koristi sustav za inficiranje stanica sličan onom koji su otkrili s pestivirusima - skupinu koja uključuje klasični virus svinjske gripe, koji uzrokuje hemoragičnu groznicu kod svinja, i druge životinjske patogene.

Usporedbe koje pokreće umjetna inteligencija pokazale su da se ovaj sustav unosa razlikuje od sustava mnogih drugih flavivirusa. "Za hepatitis C i njegove srodnike, ne znamo odakle dolazi njihov sustav unosa. Mogao je biti izmišljen", kaže Grove.

Ukrale su ga bakterije

Predviđene strukture također su pokazale da dobro proučeni ulazni proteini virusa Zika i denga groznice imaju isto podrijetlo kao oni "čudnih i divnih" flavivirusa s ogromnim genomima, uključujući virus krpelja Haseki, koji može uzrokovati groznicu kod ljudi. Još jedno veliko iznenađenje bilo je otkriće da neki flavivirusi posjeduju enzim za koji se čini da je ukraden iz bakterija.

"Ovo bi bilo bez presedana", kaže virologinja Mary Petrone sa Sveučilišta Sydney, Australija, da nije njezin tim ove godine otkrio sličnu krađu posebno "čudne i divne" vrste flavivirusa 2. "Genetsko piratstvo možda je igralo veću ulogu u evoluciji flavivirusa nego što se dosad mislilo", dodaje ona.

David Moi, računalni biolog sa Sveučilišta u Lausannei, Švicarska, kaže da je studija o flavivirusu samo vrh ledenog brijega i da će se evolucijske priče drugih virusa, pa čak i nekih staničnih organizama, vjerojatno prepričati pomoću umjetne inteligencije. "Sada kada možemo pogledati dalje, sve ove stvari trebamo malo ažurirati", kaže on.