Dirbtinis intelektas (DI) padeda perbraižyti virusų šeimos medį. Numatomos baltymų struktūros naudojant AlphaFold ir chatbot įkvėptų „Baltymų kalbos modeliai“ atskleidė stebinančius ryšius virusų šeimoje, kurioje yra patogenų, užkrečiančių žmones ir kylančių grėsmių.

Didelė dalis mokslininkų supratimo apie virusinė evoliucija yra pagrįstas genomų palyginimu. Tačiau žaibiška virusų, ypač turinčių RNR genomus, evoliucija ir jų polinkis įgyti genetinę medžiagą iš kitų organizmų rodo, kad genetinės sekos gali slėpti gilesnius ir tolimesnius ryšius tarp virusų, kurie gali skirtis priklausomai nuo tiriamo geno.

Priešingai, viruso genų koduojamų baltymų formos ar struktūros linkusios keistis lėtai, todėl galima aptikti šiuos paslėptus evoliucinius ryšius. Tačiau iki tol, kol atsirado tokie įrankiai kaip AlphaFold, galintys numatyti baltymų struktūras dideliu mastu, nebuvo įmanoma palyginti visos virusų šeimos baltymų struktūrų, sako Joe Grove'as, molekulinis virusologas iš Glazgo universiteto, JK.

Šią savaitę publikuotame straipsnyjeGamta 1Grove'as ir jo komanda demonstruoja struktūra pagrįsto požiūrio į flavivirusus – grupę, kuri apima hepatito C, dengės karštligės ir Zikos virusus, taip pat keletą svarbių gyvūnų patogenų ir rūšių, galinčių kelti naujų grėsmių žmonių sveikatai, galią.

Kaip įsiveržia virusai

Mokslininkų supratimas apie flaviviruso evoliuciją pirmiausia grindžiamas lėtai besivystančių fermentų sekomis, kurios kopijuoja jų genetinę medžiagą. Tačiau nepaprastai mažai žinoma apie „viruso patekimo“ baltymų, kuriuos flavivirusai naudoja patekdami į ląsteles ir kurie nustato šeimininką, kurį jie gali užkrėsti, kilmę. Grove'as teigia, kad ši žinių spraga trukdys sukurti veiksmingą vakciną nuo Hepatitas C, nuo kurio kasmet žūva šimtai tūkstančių žmonių.

„Sekos lygmenyje viskas taip skiriasi, kad negalime pasakyti, ar jie susiję, ar ne“, – sako jis. „Proveržis numatant baltymų struktūrą atveria visą klausimą, ir mes galime gana aiškiai matyti dalykus.

Tyrėjai naudojo DeepMinds AlphaFold2 - modelis ir ESMFold, a Struktūra- Technologijų milžinės „Meta“ sukurtas numatymo įrankis, sukurti daugiau nei 33 000 prognozuojamų struktūrų baltymams iš 458 flavivirusų rūšių. ESMFold yra pagrįstas kalbos modeliu, parengtu naudojant dešimtis milijonų baltymų sekų. Skirtingai nuo AlphaFold, jai reikia tik vienos įvesties sekos, o ne pasikliauti keliomis panašių baltymų sekomis, todėl tai gali būti ypač naudinga tiriant paslaptingiausius virusus.

Hepatitis C Virus E1 glycoprotein predicted using ColabFold-AlpahFold2.

Numatytos struktūros leido autoriams nustatyti viruso patekimo baltymus, kurių sekos labai skiriasi nuo žinomų flavivirusų. Jie rado netikėtų ryšių. Taigi virusų grupė, kuriai priklauso hepatitas C, naudoja sistemą, skirtą užkrėsti ląsteles, panašias į tai, ką jie atrado su pestivirusais – grupei, kuriai priklauso klasikinis kiaulių gripo virusas, sukeliantis kiaulių hemoraginę karštligę, ir kiti gyvūnų patogenai.

AI valdomi palyginimai parodė, kad ši įvesties sistema skiriasi nuo daugelio kitų flavivirusų. "Nežinome, iš kur atsiranda hepatito C ir jo giminaičių patekimo sistema. Ji galėjo būti sugalvota", - sako Grove'as.

Pavogė bakterijos

Numatytos struktūros taip pat parodė, kad gerai ištirtų Zikos ir dengės karštligės virusų įvesties baltymų kilmė yra tokia pati kaip „keistųjų ir nuostabių“ flavivirusų, turinčių didžiulius genomus, įskaitant Haseki erkių virusą, kuris gali sukelti karščiavimą žmonėms. Kitas didelis netikėtumas buvo atradimas, kad kai kurie flavivirusai turi fermentą, kuris, atrodo, buvo pavogtas iš bakterijų.

„Tai būtų beprecedentė“, – sako virusologė Mary Petrone iš Sidnėjaus universiteto (Australija), jei ne jos komanda šiais metais atrado panašią ypač „keistos ir nuostabios“ flaviviruso rūšies vagystę. 2. „Genetinis piratavimas galėjo suvaidinti didesnį vaidmenį flavivirusų evoliucijoje, nei manyta anksčiau“, – priduria ji.

Davidas Moi, skaičiavimo biologas iš Lozanos universiteto (Šveicarija), teigia, kad flaviviruso tyrimas yra tik ledkalnio viršūnė ir kad kitų virusų ir net kai kurių ląstelinių organizmų evoliucijos istorijos greičiausiai bus perpasakotos naudojant AI. „Dabar, kai galime pažvelgti toliau, visi šie dalykai turi būti šiek tiek atnaujinti“, - sako jis.