Inteligența artificială (AI) ajută oamenii de știință la rescrierea familiei virusurilor. Predicțiile structurilor proteinelor generate de AlphaFold și „modelele de limbaj proteic” au descoperit câteva legături surprinzătoare în cadrul familiei virusurilor, inclusiv la agenții patogeni care infectează oamenii.
Studiile privind evoluția virusurilor au la bază compararea genomurilor. Însă evoluția extrem de rapidă a virusurilor, mai ales a celor cu ARN, și tendința lor de a dobândi material genetic de la alte organisme înseamnă că secvențele genetice pot ascunde relații adânci și îndepărtate între virusuri.
Pe de altă parte, formele sau structurile proteinelor codificate de genele virale tind să se modifice lent, ceea ce face posibilă identificarea acestor conexiuni evolutive. Însă până la apariția uneltelor de tipul AlphaFold, care pot prezice structurilor proteinelor la scară largă, nu era posibilă compararea structurilor proteinelor de la nivelul unei întregi familii de virusuri.
Într-un articol publicat în revista Nature, cercetătorii demonstrează puterea acestei abordări structurale la flavivirusuri – un grup de virusuri ce include virusurile hepatitei C, Dengue și Zika.
Cum pătrund virusurile în celule?
Studierea evoluției flavivirusurilor a avut la bază secvențelor unor enzime cu evoluție lentă, care copie materialul genetic viral. Totuși, cercetătorii cunosc puține lucruri despre originea proteinelor implicate în pătrunderea flavivirusurilor în celule, proteine care determină tipurile de gazde ce pot fi infectate.
Cercetătorii au utilizat modelul AlphaFold2 al DeepMind și ESMFold (o unealtă de predicție a structurilor dezvoltată de Meta) pentru a genera peste 33.000 de structuri ale proteinelor de la 458 de specii de flavivirusuri. ESMFold este construit pe un model instruit pe zeci de milioane de secvențe proteice. Despre deosebire de AlphaFold, necesită doar o singură secvență de intrare, deci ar putea fi folositor pentru investigarea celor mai misterioase virusuri.
Structurile prezise au permis autorilor să identifice proteinele de intrare virale, având secvențe foarte diferite față de cele ale flavivirusurilor cunoscute. Au fost descoperite câteva legături neașteptate. De exemplu, subsetul de virusuri ce include hepatita C infectează celulele utilizând un sistem similar cu cel descoperit la pestivirusuri – un grup care include virusul pestei porcine clasice.
Furat de la bacterii
Structurile prezise au mai dezvăluit că proteinele de intrare ale virusurilor Zika și dengue au aceleași origini cu cele ale flavivirusurilor cu genom gigantic, inclusiv virusul căpușelor Haseki, care poate produce febră la om. O altă mare surpriză a fost descoperirea la flavivirusuri a unor enzime ce par a fi fost furate de la bacterii. Drept urmare, „pirateria genetică” este posibil să fi jucat un rol însemnat în evoluția flavivirusurilor.
Așadar, studierea flavivirusurilor reprezintă doar vârful aisbergului, iar istoria evoluției altor virusuri sau chiar a altor organisme este probabil să fie rescrisă cu ajutorul inteligenței artificiale.
Sursa: Nature