A mesterséges intelligencia (AI) segít újrarajzolni a vírusok családfáját. Megjósolt fehérjeszerkezetek felhasználásával AlphaFold és chatbot által ihletetteket „Fehérje nyelvi modellek” meglepő kapcsolatokat tártak fel egy olyan víruscsaládban, amely magában foglalja az embereket megfertőző kórokozókat és a felmerülő fenyegetéseket.

A tudósok megértésének nagy része kb vírus evolúciója genomok összehasonlításán alapul. A vírusok, különösen az RNS genomokkal rendelkező vírusok villámgyors evolúciója, valamint a más szervezetektől származó genetikai anyag megszerzésére való hajlam azonban azt mutatja, hogy a genetikai szekvenciák mélyebb és távolabbi kapcsolatokat rejthetnek el a vírusok között, amelyek a vizsgált géntől függően változhatnak.

Ezzel szemben a vírusgének által kódolt fehérjék alakja vagy szerkezete hajlamos lassan változni, ami lehetővé teszi ezeknek a rejtett evolúciós kapcsolatoknak a kimutatását. Mindazonáltal az olyan eszközök megjelenéséig, mint az AlphaFold, amely nagy léptékben képes előre jelezni a fehérjeszerkezeteket, nem lehetett összehasonlítani a fehérjeszerkezeteket egy egész víruscsaládban – mondja Joe Grove, a Glasgow-i Egyetem molekuláris virológusa.

A héten megjelent cikkbenTermészet 1Grove és csapata bemutatja a flavivírusok szerkezetalapú megközelítésének erejét – egy csoportba tartoznak a hepatitis C, dengue-láz és Zika vírusok, valamint számos fontos állati kórokozó és faj, amelyek új veszélyt jelenthetnek az emberi egészségre.

Hogyan hatolnak be a vírusok

A kutatók a flavivírus evolúciójáról elsősorban lassan fejlődő enzimek szekvenciáin alapulnak, amelyek lemásolják genetikai anyagukat. Feltűnően keveset tudunk azonban a „vírusbejutási” fehérjék eredetéről, amelyeket a flavivírusok a sejtekbe való bejutáshoz használnak, és amelyek meghatározzák azt a gazdaszervezetet, amelyet megfertőzhetnek. Grove azzal érvel, hogy ez a tudáshiány akadályozza a hatékony vakcina kifejlesztését Hepatitis C, amely évente több százezer ember halálát okozza.

„A szekvencia szintjén a dolgok annyira eltérőek, hogy nem tudjuk megmondani, hogy összefüggenek-e vagy sem” – mondja. "A fehérjeszerkezet előrejelzésének áttörése feltárja az egész kérdést, és elég világosan látjuk a dolgokat."

A kutatók használtak DeepMinds AlphaFold2 -modell és ESMFold, a Szerkezet- A Meta technológiai óriás által kifejlesztett előrejelző eszköz, hogy 458 flavivírusfajból származó fehérjék számára több mint 33 000 előre jelzett szerkezetet hozzanak létre. Az ESMFold egy több tízmillió fehérjeszekvenciát tartalmazó nyelvi modellen alapul. Az AlphaFoldtól eltérően csak egy bemeneti szekvenciát igényel, ahelyett, hogy hasonló fehérjék több szekvenciájára támaszkodna, ami különösen hasznossá teheti a legtitokzatosabb vírusok tanulmányozásában.

Hepatitis C Virus E1 glycoprotein predicted using ColabFold-AlpahFold2.

A megjósolt szerkezetek lehetővé tették a szerzők számára, hogy azonosítsák azokat a vírusbelépő fehérjéket, amelyek szekvenciája nagymértékben eltér az ismert flavivírusokétól. Váratlan összefüggésekre bukkantak. Tehát a vírusok csoportja, amely magában foglalja a hepatitis C-t is, olyan rendszert használ a sejtek megfertőzésére, mint amit a pestivírusokkal fedeztek fel – egy csoportba tartozik a klasszikus sertésinfluenza vírus, amely sertésekben vérzéses lázt okoz, és más állati kórokozók is.

Az AI-alapú összehasonlítások azt mutatták, hogy ez a beviteli rendszer különbözik sok más flavivírusétól. "A hepatitis C és rokonai esetében nem tudjuk, honnan származik a belépési rendszerük. Lehet, hogy kitalálták" - mondja Grove.

Baktériumok lopták el

A megjósolt szerkezetek azt is megmutatták, hogy a Zika és a dengue-láz vírusok jól tanulmányozott bemeneti fehérjéi ugyanolyan eredetűek, mint a hatalmas genomokkal rendelkező "furcsa és csodálatos" flavivírusoké, köztük a Haseki kullancsvírus, amely lázat okozhat az emberben. Egy másik nagy meglepetés az volt, hogy felfedezték, hogy egyes flavivírusok olyan enzimet tartalmaznak, amelyet úgy tűnik, hogy baktériumoktól lopták el.

"Ez példátlan lenne" - mondja Mary Petrone, a Sydney-i Egyetem virológusa (Ausztrália), ha csapata idén nem fedezte volna fel a flavivírus egy különösen "furcsa és csodálatos" fajának hasonló ellopását. 2. "A genetikai kalózkodás nagyobb szerepet játszhatott a flavivírusok evolúciójában, mint azt korábban gondolták" - teszi hozzá.

David Moi, a svájci Lausanne-i Egyetem számítógépes biológusa szerint a flavivírus-tanulmány csak a jéghegy csúcsa, és valószínűleg más vírusok, sőt egyes sejtes organizmusok evolúciós történeteit is elmesélik mesterséges intelligencia segítségével. „Most, hogy tovább nézhetjük, mindezeket a dolgokat egy kicsit frissíteni kell” – mondja.