Nature: ИИ помог проследить эволюцию вирусов, вызывающих денге и гепатит С

С помощью искусственного интеллекта учёные перерисовали семейное древо вирусов.

AlphaFold создал прогнозируемые структуры белков, а идеи чатбота помогли создать «модели языка белков». Благодаря этому были обнаружены удивительные связи между вирусами, в том числе патогенами, заражающими человека, и новыми угрозами.

Обычно эволюцию вирусов изучают, сравнивая их геномы. Но эти вирусы быстро меняются и заимствуют генетический материал у других организмов. Поэтому генетические последовательности могут скрывать связи между ними, которые тоже меняются в зависимости от исследуемого гена.

Вирусные гены кодируют белки, структуры которых меняются медленно. Это позволяет выявить скрытые эволюционные связи.

До появления AlphaFold и других подобных инструментов было невозможно сравнить структуры белков всего вирусного семейства. Об этом говорит Джо Гроув, молекулярный вирусолог из Университета Глазго (Великобритания).

В журнале Nature вышла статья Гроува и его коллег, в которой они рассматривают флавивирусы — группу вирусов, включающую возбудителей гепатита С, лихорадки денге, Зика и некоторых других заболеваний.

Как вирусы вторгаются

Большинство представлений исследователей об эволюции флавивирусов основано на последовательностях медленно эволюционирующих ферментов, которые копируют генетический материал. Но происхождение белков «вирусного входа» почти не изучено. Эти белки флавивирусы используют для вторжения в клетки и определения круга хозяев.

По мнению Гроува, из-за этого пробела разработка эффективной вакцины против гепатита С идёт медленно, хотя от этой болезни ежегодно умирают сотни тысяч людей.

На уровне последовательностей они настолько различны, что мы не можем сказать, связаны ли они между собой, — говорит он.

С появлением предсказания структуры белка этот вопрос стал открытым, и мы можем видеть вещи совершенно ясно.

С помощью моделей AlphaFold2 и ESMFold предсказали структуры более чем 33 000 белков из 458 видов флавивирусов.

ESMFold, разработанный Meta, использует только одну входную последовательность в отличие от AlphaFold. Это делает его полезным для изучения самых загадочных вирусов.

С помощью предсказанных структур авторы определили белки входа у вирусов, последовательности которых сильно отличаются от последовательностей известных флавивирусов.

Они обнаружили несколько неожиданных связей: например, подгруппа вирусов, включающая гепатит С, инфицирует клетки аналогично пестивирусам — группе, которая включает вирус классической чумы свиней и другие патогены животных.

Сравнение с помощью искусственного интеллекта показало, что эта система проникновения отличается от систем других флавивирусов. Возможно, система входа гепатита С и его родственников была «изобретена» этими вирусами давно, — говорит Гроув.

Украдено у бактерий

Учёные предсказали, что белки вирусов Зика и денге имеют то же происхождение, что и белки флавивирусов. Среди них — вирус клеща Хасеки, который может вызывать лихорадку у людей.

Оказалось, что некоторые флавивирусы имеют фермент, украденный у бактерий. Это открытие стало большим сюрпризом для учёных.

Вирусолог Мэри Петроне из Сиднейского университета (Австралия) считает, что генетическое «пиратство» могло сыграть более значительную роль в формировании эволюции флавивирусов, чем считалось ранее.

Дэвид Мой, специалист по вычислительной биологии из Лозаннского университета, заметил, что исследование флавивирусов — это только начало. С помощью искусственного интеллекта, вероятно, будут переписаны эволюционные истории других вирусов и даже некоторых клеточных организмов.

Мой говорит, что теперь, когда мы можем заглянуть немного дальше, все эти вещи следует обновить.

Иллюстрация: нейросеть

18.09.2024