Suche
Mein Konto
Mākslīgais intelekts (AI) palīdz pārzīmēt vīrusu ciltskoku. Paredzamās olbaltumvielu struktūras, izmantojot AlphaFold un tērzēšanas robotu iedvesmotās "Olbaltumvielu valodas modeļi" ir atklājuši pārsteidzošus savienojumus vīrusu saimē, kurā ietilpst patogēni, kas inficē cilvēkus, un jauni draudi.
Liela daļa zinātnieku izpratnes par vīrusu evolūcija pamatā ir genomu salīdzināšana. Tomēr zibensātrā vīrusu evolūcija, jo īpaši tiem, kuriem ir RNS genomi, un to tieksme iegūt ģenētisko materiālu no citiem organismiem liecina, ka ģenētiskās sekvences var slēpt dziļākas un attālākas attiecības starp vīrusiem, kas var atšķirties atkarībā no pētāmā gēna.
Turpretim vīrusu gēnu kodēto proteīnu formas vai struktūras mēdz mainīties lēnām, tādējādi ļaujot atklāt šīs slēptās evolūcijas saites. Tomēr līdz brīdim, kad parādījās tādi rīki kā AlphaFold, kas var paredzēt proteīnu struktūras plašā mērogā, nebija iespējams salīdzināt olbaltumvielu struktūras visā vīrusu saimē, saka Džo Grovs, molekulārais virusologs no Glāzgovas universitātes Apvienotajā Karalistē.
Šonedēļ publicētajā rakstāDaba 1Grove un viņa komanda demonstrē uz struktūru balstītas pieejas spēku flavivīrusiem — grupai, kurā ietilpst C hepatīta, tropu drudža un Zikas vīrusi, kā arī vairāki svarīgi dzīvnieku patogēni un sugas, kas var radīt jaunus draudus cilvēku veselībai.
Kā vīrusi iekļūst
Pētnieku izpratne par flavivīrusa evolūciju galvenokārt balstās uz lēni attīstošu enzīmu sekvencēm, kas kopē to ģenētisko materiālu. Tomēr ļoti maz ir zināms par “vīrusu iekļūšanas” proteīnu izcelsmi, ko flavivīrusi izmanto, lai iekļūtu šūnās, un kas nosaka saimnieku, ko tie var inficēt. Grove apgalvo, ka šī zināšanu plaisa kavēs efektīvas vakcīnas izstrādi pret C hepatīts, kas katru gadu nogalina simtiem tūkstošu cilvēku.
"Secības līmenī lietas ir tik atšķirīgas, ka mēs nevaram pateikt, vai tās ir saistītas vai nē," viņš saka. "Izrāviens olbaltumvielu struktūras prognozēšanā paver visu jautājumu, un mēs varam redzēt lietas diezgan skaidri."
Pētnieki izmantoja DeepMinds AlfaFold2 -modelis un ESMFold, a Struktūra- Prognozēšanas rīks, ko izstrādājis tehnoloģiju gigants Meta, lai radītu vairāk nekā 33 000 paredzamo struktūru proteīniem no 458 flavivīrusu sugām. ESMFold pamatā ir valodas modelis, kas apmācīts ar desmitiem miljonu proteīnu sekvenču. Atšķirībā no AlphaFold, tai ir nepieciešama tikai viena ievades secība, nevis jāpaļaujas uz vairākām līdzīgu proteīnu sekvencēm, kas varētu padarīt to īpaši noderīgu noslēpumaināko vīrusu pētīšanai.
Paredzētās struktūras ļāva autoriem identificēt vīrusu ievadīšanas proteīnus, kuru sekvences ievērojami atšķiras no zināmo flavivīrusu sekvencēm. Viņi atrada dažus negaidītus savienojumus. Tātad vīrusu grupa, kurā ietilpst C hepatīts, izmanto sistēmu, lai inficētu šūnas, kas ir līdzīgas pestivīrusu atklātajai grupai, kas ietver klasisko cūku gripas vīrusu, kas izraisa hemorāģisko drudzi cūkām, un citus dzīvnieku patogēnus.
Ar AI darbināmie salīdzinājumi parādīja, ka šī ievades sistēma atšķiras no daudzu citu flavivīrusu sistēmas. "C hepatīta un tā radinieku gadījumā mēs nezinām, no kurienes nāk viņu ievadīšanas sistēma. To varēja izdomāt," saka Grove.
Nozaga baktērijas
Paredzētās struktūras arī parādīja, ka labi pētītajiem Zikas un tropu drudža vīrusu ievades proteīniem ir tāda pati izcelsme kā "dīvainajiem un brīnišķīgajiem" flavivīrusiem ar milzīgiem genomiem, tostarp Haseki ērču vīrusu, kas var izraisīt drudzi cilvēkiem. Vēl viens liels pārsteigums bija atklājums, ka dažiem flavivīrusiem ir enzīms, kas, šķiet, ir nozagts no baktērijām.
"Tas būtu bezprecedenta gadījums," saka virusoloģe Mērija Petrone no Sidnejas Universitātes Austrālijā, ja vien viņas komanda šogad nebūtu atklājusi līdzīgu īpaši "dīvainas un brīnišķīgas" flavivīrusa sugas zādzību. 2. "Ģenētiskajam pirātismam varētu būt bijusi lielāka loma flavivīrusu evolūcijā, nekā tika uzskatīts iepriekš," viņa piebilst.
Deivids Moi, skaitļošanas biologs no Lozannas universitātes, Šveice, saka, ka flavivīrusa pētījums ir tikai aisberga redzamā daļa un ka citu vīrusu un pat dažu šūnu organismu evolūcijas stāsti, visticamāk, tiks pārstāstīti, izmantojot AI. "Tagad, kad mēs varam skatīties tālāk, visas šīs lietas ir nedaudz jāatjaunina," viņš saka.