νέα

한어Русский языкEnglishFrançaisIndonesianSanskrit日本語DeutschPortuguêsΕλληνικάespañolItalianoSuomalainenLatina

【εισαγωγή】εκτός από το σχεδιασμό πρωτεϊνών και την ανακάλυψη φαρμάκων, μια πρόσφατη εργασία που δημοσιεύτηκε στο nature έχει ξεκλειδώσει νέες χρήσεις για μεγάλα βιολογικά μοντέλα όπως το alphafold - αποκαλύπτοντας τις βιολογικές σχέσεις και την εξελικτική ιστορία.

τον ιούλιο του τρέχοντος έτους, η ομάδα esmfold, η οποία διαλύθηκε από τη meta, ξεκίνησε με επιτυχία ξανά και κυκλοφόρησε το τελευταίο της μεγάλο μοντέλο επιστήμης της ζωής esm3, με το σλόγκαν "χρησιμοποιώντας ένα μοντέλο γλώσσας για προσομοίωση 500 εκατομμυρίων ετών εξέλιξης".

διεύθυνση χαρτιού: https://evolutionaryscale-public.s3.us-east-2.amazonaws.com/research/esm3.pdf

αυτή η χρήση αποτυπώθηκε γρήγορα από τους βιολόγους.

σε πολλές πρόσφατα δημοσιευμένες εργασίες, οι επιστήμονες χρησιμοποιούν μοντέλα όπως το alphafold και το esmfold για να σχεδιάσουν εκ νέου τη γενεαλογία του ιού και να εξερευνήσουν μερικές εκπληκτικές «συγγένειες».

αυτά τα αποτελέσματα δεν μπορούν μόνο να αποκαλύψουν την εξελικτική ιστορία των οικογενειών ιών, αλλά και να μας επιτρέψουν να αντιμετωπίσουμε καλύτερα τους μελλοντικούς βιοχημικούς κινδύνους.

χρησιμοποιώντας παραδοσιακές μεθόδους, οι επιστήμονες θα πρέπει να κατανοήσουν την εξέλιξη του ιού με βάση τα αποτελέσματα των συγκρίσεων του γονιδιώματος.

ωστόσο, σε σύγκριση με τα θηλαστικά, η ταχύτητα εξέλιξης των ιών μπορεί να ειπωθεί ότι είναι τόσο γρήγορη όσο ο κεραυνός ειδικά για τους ιούς των οποίων τα γονίδια αποτελούνται από rna, ο αριθμός και η πολυπλοκότητα των γονιδιωμάτων που πρέπει να συγκριθούν θα αυξηθούν γρήγορα.

επιπλέον, η εξέλιξη των ιών δεν προέρχεται μόνο από γενετικές μεταλλάξεις, αλλά μπορούν επίσης να αποκτήσουν γενετικό υλικό από άλλους οργανισμούς, γεγονός που καθιστά πιο δύσκολο τον εντοπισμό των «σχετικών σχέσεων» των ιών. οι αλληλουχίες γονιδίων που φαίνονται πολύ διαφορετικές μπορεί να κρύβουν πολύ βαθιές και μακρινές σχέσεις μεταξύ των ιών.

σε σύγκριση με τα ιικά γονίδια, το σχήμα ή η δομή των πρωτεϊνών που κωδικοποιούν τείνουν να αλλάζουν πιο αργά, ωστόσο, ο joe grove, μοριακός ιολόγος στο πανεπιστήμιο της γλασκόβης στο ηνωμένο βασίλειο, είπε ότι πριν από την εμφάνιση εργαλείων όπως το alphafold. η πρωτεϊνική δομή ολόκληρης της οικογένειας των ιών ήταν πολύ αργή η έρευνα και η σύγκριση είναι δύσκολο να ολοκληρωθούν χρησιμοποιώντας παραδοσιακές μεθόδους.

μια πρόσφατη εργασία που δημοσιεύτηκε από τον grove και την ομάδα του στο nature χρησιμοποίησε τη δύναμη των μεγάλων μοντέλων για να αποκαλύψει την εξελικτική ιστορία της οικογένειας flaviviridae μέσω της δομής των γλυκοπρωτεϊνών.

διεύθυνση χαρτιού: https://www.nature.com/articles/s41586-024-07899-8

οι φλαβοϊοί περιλαμβάνουν τον ιό της ηπατίτιδας c, τον ιό του δάγγειου πυρετού και τον ιό ζίκα, καθώς και ορισμένα σημαντικά ζωικά παθογόνα, καθώς και είδη που ενδέχεται να αποτελούν νέες απειλές για την ανθρώπινη υγεία.

πώς εισέρχονται οι ιοί στα κύτταρα

μετά τον εκτεταμένο εμβολιασμό, η ηπατίτιδα c έχει γίνει μια μολυσματική ασθένεια που δεν γνωρίζουμε, αλλά αυτός ο ιός εξακολουθεί να προκαλεί εκατοντάδες χιλιάδες θανάτους κάθε χρόνο.

εάν θέλουμε να αναπτύξουμε ένα πιο αποτελεσματικό εμβόλιο για την ηπατίτιδα c, πρέπει να καταλάβουμε σε ποιες πρωτεΐνες βασίζεται ο φλαβοϊός για να εισέλθει στα κύτταρα (συμπεριλαμβανομένων των γλυκοπρωτεϊνών αυτές οι πρωτεΐνες καθορίζουν επίσης ποιους ξενιστές μπορεί να μολύνει ο ιός).

εάν τις μελετήσετε και τις συγκρίνετε μόνο σε επίπεδο αλληλουχίας, θα διαπιστώσετε ότι οι πρωτεΐνες κάθε ιού είναι τόσο διαφορετικές που είναι δύσκολο να βρείτε ουσιαστικές συνδέσεις. αλλά αν χρησιμοποιήσουμε τη συνάρτηση πρόβλεψης δομής πρωτεΐνης μεγάλων βιολογικών μοντέλων, αυτό το πρόβλημα θα λυθεί εύκολα.

οι ερευνητές χρησιμοποίησαν το μοντέλο alphafold 2 της deepmind και το εργαλείο πρόβλεψης δομής esmfold που αναπτύχθηκε από τη meta για να δημιουργήσουν περισσότερες από 33.000 προβλεπόμενες δομές για 458 πρωτεΐνες φλαβοϊών.

δομική πρόβλεψη της γλυκοπρωτεΐνης του ιού της ηπατίτιδας c

ο λόγος για τον οποίο χρησιμοποιούνται και τα δύο μοντέλα alphafold και esmfold οφείλεται σε μια ουσιαστική διαφορά μεταξύ των δύο.

η είσοδος του alphafold εξαρτάται από πολλαπλές αλληλουχίες παρόμοιων πρωτεϊνών, αλλά το esmfold είναι ένα "μοντέλο γλώσσας πρωτεΐνης" που εκπαιδεύεται σε δεκάδες εκατομμύρια αλληλουχίες πρωτεΐνης -βαθιά ανάλυση αυτών των πιο «μυστηριωδών» ιών.

οι προβλέψεις αυτών των δομών οδήγησαν τους ερευνητές να ανακαλύψουν κάποιες απροσδόκητες συνδέσεις μερικοί φαινομενικά άσχετοι συγγενείς των φλαβοϊών μπορούν επίσης να χρησιμοποιήσουν παρόμοιες πρωτεΐνες ως «κλειδιά» για να εισέλθουν στα κύτταρα.

για παράδειγμα, το σύστημα κυτταρικής μόλυνσης που χρησιμοποιείται από την ηπατίτιδα c είναι πολύ παρόμοιο με τους παρασιτοϊούς, συμπεριλαμβανομένης της πιο κλασικής πανώλης των χοίρων και άλλων παθογόνων ζώων.

τα βοηθητικά εργαλεία ai μπορούν επίσης να μας πουν ότι το «σύστημα εισόδου» που χρησιμοποιείται από την ηπατίτιδα c και τον pestivirus είναι πολύ διαφορετικό από άλλους ιούς. ο γκρόουβ δυσκολεύεται επίσης να το εξηγήσει αυτό: "για την ηπατίτιδα c και τους συγγενείς της, δεν γνωρίζουμε από πού προέρχεται το σύστημα εισόδου τους. μπορεί αυτοί οι ιοί να εφευρέθηκαν πριν από πολύ καιρό."

λάβετε «πειρατικές» πρωτεΐνες από βακτήρια

εκτός από τους λοιμογόνους ιούς, η προβλεπόμενη δομή βοήθησε επίσης τους φλαβοϊούς να βρουν δύο «συγγενείς» - οι πρωτεΐνες εισόδου τους φαίνεται να έχουν την ίδια προέλευση το σαν δικό του.

πρόβλεψη της δομής των πρωτεϊνών του ιού του δάγκειου πυρετού χρησιμοποιώντας colabfold–alpahfold2

προηγουμένως, η ομάδα της mary petrone, ιολόγου στο πανεπιστήμιο του σίδνεϊ, ανακάλυψε επίσης παρόμοια συμπεριφορά «κλοπής» σε έναν περίεργο φλαβοϊό.

«η κλοπή γονιδίων μπορεί να έπαιξε μεγαλύτερο ρόλο στην εξέλιξη των φλαβοϊών από ό,τι πιστεύαμε προηγουμένως», είπε.

ο ντέιβιντ μόι, υπολογιστικός βιολόγος στο πανεπιστήμιο της λωζάνης στην ελβετία, επισημαίνει επίσης ότι η έρευνα για τους φλαβοϊούς είναι μόνο η κορυφή του παγόβουνου όταν εξετάζουμε το αναξιοποίητο δυναμικό των εργαλείων που υποβοηθούν την τεχνητή νοημοσύνη.

με τη βοήθεια της τεχνητής νοημοσύνης, η εξελικτική ιστορία άλλων ιών και ακόμη και πολλών κυτταρικών οργανισμών μπορεί να ξαναγραφτεί.

"θα επαναλάβουμε τις ιστορίες τους με μια νέα γενιά εργαλείων. τώρα που μπορούμε να δούμε περαιτέρω, η εξελικτική ιστορία όλων αυτών των οργανισμών πρέπει να ενημερωθεί."

ανάμεσα στα πολλά άλυτα μυστήρια στις επιστήμες της ζωής, η τεράστια ενέργεια που ξεσπά από την τεχνητή νοημοσύνη μας επιτρέπει να δούμε την αυγή των απαντήσεων και επίσης μας κάνει να ανυπομονούμε για την ημέρα που θα ξαναγραφεί η ιστορία.