Inteligența artificială (IA) ajută la redesenarea arborelui genealogic al virușilor. Structuri de proteine ​​prezise folosind AlphaFold și cele inspirate de chatbot „Modele de limbaj proteic” au descoperit conexiuni surprinzătoare într-o familie de viruși care include agenți patogeni care infectează oamenii și amenințări emergente.

O mare parte din înțelegerea oamenilor de știință despre evolutie virala se bazează pe compararea genomurilor. Cu toate acestea, evoluția fulgerătoare a virușilor, în special a celor cu genom ARN, și tendința lor de a dobândi material genetic de la alte organisme arată că secvențele genetice pot ascunde relații mai profunde și mai îndepărtate între viruși, care pot varia în funcție de gena studiată.

În schimb, formele sau structurile proteinelor codificate de genele virale tind să se schimbe lent, făcând posibilă detectarea acestor conexiuni evolutive ascunse. Cu toate acestea, până la apariția unor instrumente precum AlphaFold, care poate prezice structurile proteinelor la scară largă, nu a fost posibil să se compare structurile proteinelor dintr-o întreagă familie de viruși, spune Joe Grove, virolog molecular la Universitatea din Glasgow, Marea Britanie.

Într-un articol publicat săptămâna aceasta înNatură 1Grove și echipa sa demonstrează puterea unei abordări bazate pe structură a flavivirusurilor - un grup care include virusurile hepatitei C, dengue și Zika, precum și câțiva agenți patogeni și specii importante de animale care pot reprezenta amenințări emergente pentru sănătatea umană.

Cum invadează virușii

Înțelegerea de către cercetători a evoluției flavivirusului se bazează în primul rând pe secvențe de enzime cu evoluție lentă care le copiază materialul genetic. Cu toate acestea, se știe remarcabil de puțin despre originile proteinelor de „intrare virală” pe care flavivirusurile le folosesc pentru a pătrunde în celule și care determină gazda pe care o pot infecta. Grove susține că acest decalaj de cunoștințe va împiedica dezvoltarea unui vaccin eficient împotriva Hepatita C, care ucide sute de mii de oameni în fiecare an.

„La nivel de secvență, lucrurile sunt atât de divergente încât nu putem spune dacă sunt legate sau nu”, spune el. „Revoluția în predicția structurii proteinelor deschide întreaga întrebare și putem vedea lucrurile destul de clar.”

Cercetătorii au folosit DeepMinds AlphaFold2 -model și ESMFold, a Structura- Instrument de predicție dezvoltat de gigantul tehnologic Meta, pentru a genera peste 33.000 de structuri prezise pentru proteine ​​din 458 de specii de flavivirus. ESMFold se bazează pe un model de limbaj antrenat cu zeci de milioane de secvențe de proteine. Spre deosebire de AlphaFold, necesită o singură secvență de intrare, mai degrabă decât să se bazeze pe secvențe multiple de proteine ​​similare, ceea ce l-ar putea face deosebit de util pentru studierea celor mai misterioși viruși.

Hepatitis C Virus E1 glycoprotein predicted using ColabFold-AlpahFold2.

Structurile prezise au permis autorilor să identifice proteinele de intrare virale ale căror secvențe diferă foarte mult de cele ale flavivirusurilor cunoscute. Au găsit niște conexiuni neașteptate. Așadar, grupul de viruși care include hepatita C utilizează un sistem de infectare a celulelor similar cu ceea ce au descoperit cu pestivirusurile - un grup care include virusul clasic al gripei porcine, care provoacă febră hemoragică la porci și alți agenți patogeni animale.

Comparațiile bazate pe inteligență artificială au arătat că acest sistem de intrare este diferit de cel al multor alte flavivirusuri. "Pentru hepatita C și rudele ei, nu știm de unde provine sistemul lor de intrare. Ar fi putut fi inventat", spune Grove.

Furat de bacterii

Structurile prezise au arătat, de asemenea, că proteinele de intrare bine studiate ale virusurilor Zika și dengue au aceleași origini ca cele ale flavivirusurilor „ciudați și minunate” cu genom uriași, inclusiv virusul căpuşelor Haseki, care poate provoca febră la oameni. O altă mare surpriză a fost descoperirea că unele flavivirusuri posedă o enzimă care pare să fi fost furată de la bacterii.

„Acest lucru ar fi fără precedent”, spune virologul Mary Petrone de la Universitatea din Sydney, Australia, dacă nu ar fi fost descoperirea de către echipa ei anul acesta a unui furt similar a unei specii deosebit de „ciudate și minunate” de flavivirus. 2. „Pirateria genetică ar fi putut juca un rol mai important în evoluția flavivirusurilor decât se credea anterior”, adaugă ea.

David Moi, un biolog computațional la Universitatea din Lausanne, Elveția, spune că studiul despre flavivirus este doar vârful aisbergului și că poveștile evolutive ale altor viruși și chiar ale unor organisme celulare sunt probabil să fie repetate folosind AI. „Acum că putem arunca o privire mai departe, toate aceste lucruri trebuie să fie actualizate”, spune el.