Используя искусственный интеллект, исследователи Юго-Западного университета штата Юта открыли новое семейство сенсорных генов у кишечнополостных бактерий, которые связаны структурой и, вероятно, функцией, но не генетической последовательностью. Выводы, опубликованные в PNAS, предлагают новый способ определения роли генов у неродственных видов и могут привести к новым способам борьбы с кишечными бактериальными инфекциями.

«Мы выявили сходство в этих белках в обратном порядке. Вместо того, чтобы использовать последовательность, Лиза искала совпадения в их структуре», — сказал Ким Орт, доктор философии, профессор молекулярной биологии и биохимии, один из руководителей исследования. исследование с Лизой Кинч, доктором философии, специалистом в области биоинформатики на кафедре молекулярной биологии.

Лаборатория доктора Орта долгое время занималась изучением того, как морские и эстуарные бактерии вызывают инфекции. В 2016 году доктор Орт и ее коллеги использовали биофизику, чтобы охарактеризовать структуру двух белков, называемых комплексом VtrA и VtrC, которые работают совместно в бактериальном виде, известном как Vibrio parahaemolyticus. Затем она и ее команда обнаружили комплекс VtrA/VtrC в V. parahaemolyticus, который часто является причиной пищевого отравления зараженными моллюсками, чувствует желчь с поверхности бактериальной клетки, посылая сигнал для запуска химического каскада, побуждающего этот микроб проникать кишечные клетки человека-хозяина.

Хотя VtrA имеет некоторые общие структурные особенности с белком под названием ToxR, обнаруженным в родственных бактериях под названием Vibrio cholerae, вызывающих холеру, было неясно, существует ли гомолог VtrC также в этой или каких-либо других бактериях.

«Мы никогда не видели ничего подобного VtrC», — сказал доктор Кинч. «Но мы подумали, что должны существовать и другие белки, подобные этому».

Не имея каких-либо известных генов с идентичностью последовательностей, подобных VtrC, исследователи обратились к программному обеспечению, выпущенному всего два года назад, под названием AlphaFold. Эта программа искусственного интеллекта может точно предсказать структуру некоторых белков на основе кодирующей их генетической последовательности — информации, которую раньше можно было получить только путем кропотливой работы в лаборатории.

AlphaFold показал, что белок под названием ToxS в V. cholerae очень похож по структуре на VtrC, даже несмотря на то, что эти два белка не имеют каких-либо общих узнаваемых частей их генетических последовательностей. Когда исследователи искали белки со сходными структурными особенностями в других организмах, они обнаружили гомологи VtrC в нескольких других видах кишечных бактерий, ответственных за болезни человека, включая Yersinia pestis (вызывает бубонную чуму ) и Burkholderia pseudomallei (вызывает тропическую инфекцию, называемую мелиоидоз). Каждый из этих гомологов VtrC, по-видимому, работает совместно с белками, структурно сходными с VtrA, указывая на то, что их роли могут быть такими же, как у V. parahaemolyticus.

Доктор Орт сказал, что это структурное сходство может в конечном итоге привести к фармацевтическим препаратам, которые лечат состояния, вызванные различными инфекционными организмами, основанными на сходных патогенных стратегиях.