новости

한어Русский языкEnglishFrançaisIndonesianSanskrit日本語DeutschPortuguêsΕλληνικάespañolItalianoSuomalainenLatina

【введение】помимо разработки белков и открытия лекарств, недавняя статья, опубликованная в журнале nature, открыла новые возможности использования крупных биологических моделей, таких как alphafold, раскрывая биологические взаимоотношения и историю эволюции.

в июле этого года команда esmfold, расформированная meta, успешно начала заново и выпустила свою последнюю большую модель для биологических наук esm3 под лозунгом «использование языковой модели для моделирования 500 миллионов лет эволюции».

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

это использование было быстро уловлено биологами.

во многих недавно опубликованных работах ученые используют такие модели, как alphafold и esmfold, чтобы перерисовать линию вируса и исследовать некоторые удивительные «сходства».

эти результаты могут не только раскрыть эволюционную историю семейств вирусов, но и позволить нам лучше справляться с будущими биохимическими рисками.

используя традиционные методы, ученым необходимо будет понять эволюцию вируса на основе результатов сравнения геномов.

однако по сравнению с млекопитающими скорость эволюции вирусов, можно сказать, молниеносна. особенно для вирусов, гены которых состоят из рнк, количество и сложность геномов, которые необходимо сравнивать, будут быстро возрастать.

кроме того, эволюция вирусов происходит не только за счет генетических мутаций, они также могут приобретать генетический материал от других организмов, что затрудняет выявление «родственных связей» вирусов. последовательности генов, которые выглядят совершенно по-разному, могут скрывать очень глубокие и отдаленные связи между вирусами.

по сравнению с вирусными генами форма или структура белков, которые они кодируют, имеют тенденцию меняться медленнее. однако джо гроув, молекулярный вирусолог из университета глазго в великобритании, заявил, что до появления таких инструментов, как alphafold, даже белковая структура всего семейства вирусов развивалась очень медленно. исследования и сравнения трудно провести традиционными методами.

недавняя статья, опубликованная гроувом и его командой в журнале nature, использовала возможности больших моделей, чтобы раскрыть эволюционную историю семейства flaviviridae через структуру гликопротеинов.

адрес статьи: https://www.nature.com/articles/s41586-024-07899-8.

к флавивирусам относятся вирус гепатита с, вирус денге и вирус зика, а также некоторые основные патогены животных, а также виды, которые могут представлять новую угрозу здоровью человека.

как вирусы проникают в клетки

с момента повсеместной вакцинации гепатит с стал инфекционным заболеванием, с которым мы менее знакомы, но этот вирус по-прежнему вызывает сотни тысяч смертей каждый год.

если мы хотим разработать более эффективную вакцину против гепатита с, нам необходимо понять, какие белки используют флавивирус для проникновения в клетки (включая гликопротеины). эти белки также определяют, каких хозяев вирус может заразить.

если вы изучите и сравните их только на уровне последовательностей, вы обнаружите, что белки каждого вируса настолько различны, что трудно найти значимые связи. но если мы воспользуемся функцией предсказания структуры белка больших биологических моделей, эта проблема будет легко решена.

исследователи использовали модель alphafold 2 компании deepmind и инструмент прогнозирования структуры esmfold, разработанный meta, для создания более 33 000 предсказанных структур для 458 белков флавивируса.

структурное предсказание гликопротеина вируса гепатита с

причина, по которой используются модели alphafold и esmfold, заключается в существенной разнице между ними.

ввод alphafold зависит от нескольких последовательностей схожих белков, но esmfold отличается от него. это «модель белкового языка», обученная на десятках миллионов белковых последовательностей. она может принимать в качестве входных данных только отложенные последовательности, поэтому она очень подходит для использования. -глубокий анализ этих самых «загадочных» вирусов.

предсказания этих структур привели исследователей к обнаружению некоторых неожиданных связей. некоторые, казалось бы, неродственные родственники флавивирусов также могут использовать подобные белки в качестве «ключей» для проникновения в клетки.

например, система клеточной инфекции, используемая при гепатите с, очень похожа на пестивирусы, включая более классическую чуму свиней и другие патогены животных.

вспомогательные инструменты искусственного интеллекта также могут сказать нам, что «система входа», используемая вирусом гепатита с и пестивирусом, сильно отличается от других вирусов. гроуву тоже трудно это объяснить: «что касается гепатита с и его родственников, мы не знаем, откуда взялась их система проникновения. возможно, эти вирусы были изобретены очень давно».

получите «пиратские» белки из бактерий

помимо пестивирусов, предсказанная структура также помогла флавивирусам найти двух «родственников» — вирус зика и вирус денге. их входные белки, по-видимому, имеют одинаковое происхождение, кроме того, флавивирусы, по-видимому, «крадут» их у бактерий и утверждают. это как его собственное.

прогнозирование структуры белков вируса денге с помощью colabfold – alpahfold2

ранее команда мэри петроне, вирусолога из сиднейского университета, также обнаружила подобное «воровское» поведение у странного флавивируса.

«кража генов, возможно, сыграла более важную роль в эволюции флавивирусов, чем считалось ранее», — сказала она.

дэвид мой, компьютерный биолог из университета лозанны в швейцарии, также отмечает, что исследования флавивирусов — это лишь верхушка айсберга, если рассматривать неиспользованный потенциал инструментов с помощью искусственного интеллекта.

с помощью искусственного интеллекта можно переписать историю эволюции других вирусов и даже многих клеточных организмов.

«мы перескажем их истории с помощью инструментов нового поколения. теперь, когда мы можем видеть дальше, необходимо обновить историю эволюции всех этих организмов».

среди множества неразгаданных загадок в науках о жизни огромная энергия, высвобожденная ии, позволяет нам увидеть рассвет ответов, а также заставляет нас с нетерпением ждать того дня, когда история будет переписана.