A inteligência artificial (IA) está ajudando a redesenhar a árvore genealógica dos vírus. Estruturas proteicas previstas usando ALPHAB e inspirados em chatbot “Modelos de linguagem de proteínas” descobriram conexões surpreendentes em uma família de vírus que inclui patógenos que infectam humanos e ameaças emergentes.

Grande parte da compreensão dos cientistas sobre evolução viral é baseado na comparação de genomas. No entanto, a rápida evolução dos vírus, particularmente aqueles com genomas de ARN, e a sua propensão para adquirir material genético de outros organismos mostra que as sequências genéticas podem esconder relações mais profundas e distantes entre os vírus, que podem variar dependendo do gene em estudo.

Por outro lado, as formas ou estruturas das proteínas codificadas por genes virais tendem a mudar, o que permite que essas conexões evolutivas ocultas sejam reconhecidas. No entanto, não foi possível comparar estruturas de proteínas em toda uma família de vírus até ferramentas como Alphafold, que podem prever estruturas de proteínas em larga escala, diz Joe Grove, virologista molecular da Universidade de Glasgow, Grã -Bretanha.

Em artigo publicado esta semana emNatureza 1Mostrar Grove e sua equipe O poder de uma abordagem de base estrutural no grupo flavivírus-que inclui o vírus hepatite-C, dengue e zika, bem como algumas importantes patogênicas e espécies animais que poderiam representar ameaças emergentes à saúde humana.

Como os vírus invadem

A compreensão dos investigadores sobre a evolução dos flavivírus baseia-se principalmente em sequências de enzimas de evolução lenta que copiam o seu material genético. No entanto, muito pouco se sabe sobre as origens das proteínas de “entrada viral” que os flavivírus utilizam para entrar nas células e que determinam o hospedeiro que podem infectar. Grove argumenta que esta lacuna de conhecimento irá dificultar o desenvolvimento de uma vacina eficaz contra Hepatite C, que matavam centenas de milhares de pessoas todos os anos, diminuíam a velocidade.

"No nível da sequência, as coisas são tão divergentes que não podemos dizer se estão relacionadas ou não", diz ele. "O avanço na previsão de estruturas de proteínas abre toda a questão e podemos ver as coisas com muita clareza".

Os pesquisadores usaram DeepMinds AlfaFold2 -modelo e ESMFold, um Estrutura- Ferramenta de previsão desenvolvida pela gigante da tecnologia Meta, para gerar mais de 33.000 estruturas previstas para proteínas de 458 espécies de flavivírus. O ESMFold é baseado em um modelo de voz que foi treinado com dezenas de milhões de seqüências de proteínas. Em contraste com o Alphafold, é preciso apenas uma sequência de entrada em vez de correr em várias sequências de proteínas semelhantes, o que poderia torná -lo particularmente útil para examinar os vírus misteriosos.

Hepatitis C Virus E1 glycoprotein predicted using ColabFold-AlpahFold2.

As estruturas previstas permitiram aos autores identificar proteínas de entrada viral cujas sequências diferem muito daquelas dos flavivírus conhecidos. Eles encontraram algumas conexões inesperadas. Assim, o grupo de vírus que inclui a hepatite C utiliza um sistema para infectar células semelhante ao que descobriram com os pestivírus – um grupo que inclui o clássico vírus da gripe suína, que causa febre hemorrágica em porcos, e outros agentes patogénicos animais.

As comparações baseadas em IA mostraram que esse sistema de entrada difere dos muitos outros flavivírus. "Não sabemos de onde vem seu sistema de entrada para a hepatite C e seus parentes. Isso poderia ter sido inventado", diz Grove.

Roubado por bactérias

As estruturas previstas também mostraram que as proteínas de entrada bem interrogadas dos vírus zika e dengue têm as mesmas origens que as dos flavivírus "estranhos e maravilhosos" com enormes genomas, incluindo o vírus Haseki Tick, que pode desencadear febre em humanos. Outra grande surpresa foi a descoberta de que alguns flavivírus têm uma enzima que aparentemente foi roubada por bactérias.

"Isso seria sem precedentes", diz a virologista Mary Petrone, da Universidade de Sydney, na Austrália, não seria para a descoberta de sua equipe este ano de um roubo semelhante em um tipo de flavivírus particularmente "estranho e maravilhoso" 2. "A pirataria genética poderia ter desempenhado um papel maior na evolução do flavivírus do que se pensava anteriormente", acrescenta ela.

David Moi, biólogo auxiliado por computador da Universidade de Lausanne, na Suíça, diz que o estudo de flavivírus é apenas o topo do iceberg e que as histórias evolutivas de outros vírus e até alguns organismos celulares são provavelmente contados com a IA. "Agora que podemos dar uma olhada, todas essas coisas precisam obter uma pequena atualização", diz ele.