استفاده از هوش مصنوعی برای شناسایی خانواده جدید ژن ها در باکتری های روده

محققان دانشگاه UT Southwestern با استفاده از هوش مصنوعی خانواده جدیدی از ژن‌های حسگر را در باکتری‌های روده کشف کرده‌اند که با ساختار و احتمالاً عملکرد، اما نه توالی ژنتیکی به هم مرتبط هستند.

این یافته‌ها که در PNAS منتشر شده است، روش جدیدی برای شناسایی نقش ژن‌ها در گونه‌های غیرمرتبط ارائه می‌کند و می‌تواند به راه‌های جدیدی برای مبارزه با عفونت‌های باکتریایی روده منجر شود.دکتر کیم اورت، متخصص بیولوژی مولکولی و بیوشیمی، که یکی از سرپرستان این تحقیق بود، گفت: ما شباهت‌هایی را در این پروتئین‌ها بر خلاف روش معمول شناسایی کردیم. وی افزود ما به جای استفاده از توالی، به دنبال مطابقت در ساختار آنها بودیم.

استفاده از هوش مصنوعی برای شناسایی خانواده جدید ژن ها در باکتری های روده

آزمایشگاه دکتر اورث مدت‌هاست بر روی مطالعه چگونگی ایجاد عفونت‌ها توسط باکتری‌ها متمرکز شده است. در سال 2016، دکتر اورت و همکارانش از علم بیوفیزیک برای توصیف ساختار دو پروتئین به نام‌های VtrA و VtrC استفاده کردند.در این تحقیقات دانشمندان VtrA/VtrC را درون باکتری V. parahaemolyticus کشف کردند که اغلب علت مسمومیت غذایی از صدف های دریایی آلوده است.

نحوه فعالیت این باکتری این گونه می باشد که سلول های روده میزبان انسان را از سطح سلول باکتریایی حس می کند و سیگنالی برای پرتاب یک آبشار شیمیایی ارسال می کند که این میکروب را وادار به حمله می کند.اگرچه VtrA برخی ویژگی‌های ساختاری را با پروتئینی به نام ToxR که عامل اصلی بیماری وبا می باشد و در باکتری به نام Vibrio cholerae یافت می‌شود ، مشترک است، ولی مشخص نیست که آیا همولوگ VtrC در باکتری دیگری وجود دارد یا خیر.

دکتر کینچ گفت: «ما هرگز چیزی شبیه VtrC ندیده بودیم. اما، بر این باور بودیم که پروتئین های دیگری مانند آن باید وجود داشته باشند.محققان بدون هیچ ژن شناخته شده ای با هویت توالی مشابه VtrC ، به یک نرم افزار هوش مصنوعی به نام AlphaFold  روی آوردند. این برنامه هوش مصنوعی می‌تواند ساختار برخی از پروتئین‌ها را بر اساس توالی ژنتیکی که آنها را رمزگذاری می‌کند به دقت پیش‌بینی کند . این اطلاعات قبلاً فقط از طریق یک پروسه پیچیده و سخت در آزمایشگاه به دست می‌آمدند.

AlphaFold نشان داد که پروتئینی به نام ToxS در V. cholerae از نظر ساختار بسیار شبیه به VtrC است، حتی اگر این دو پروتئین هیچ بخش قابل تشخیصی از توالی ژنتیکی خود را به اشتراک نگذارند. هنگامی که محققان به دنبال پروتئین هایی با ویژگی های ساختاری مشابه در سایر موجودات بودند، همولوگ هایی را برای VtrC در چندین گونه باکتری روده دیگر که عوامل بیماری های انسانی، از جمله Yersinia pestis (که باعث طاعون ببونیک می شود) و Burkholderia pseudomallei (که باعث عفونت استوایی به نام می شود، یافتند. ملیوئیدوز) شناسایی کردند  که هر یک از این همولوگ های VtrC به نظر می رسد با پروتئین هایی که ساختاری مشابه VtrA دارند، کار می کنند، که نشان می دهد نقش آنها می تواند مانند نقش های  parahaemolyticus باشد.

دکتر اورت گفت که این شباهت‌های ساختاری در نهایت می‌تواند منجر به تولید داروها شود که شرایط ناشی از ارگانیسم‌های عفونی مختلف را که بر استراتژی‌های بیماری‌زای مشابه متکی هستند، درمان می‌کنند.دکتر اورث محقق موسسه پزشکی هاوارد هیوز است که دارای کرسی Earl A. Forsyth در علوم زیست پزشکی است و کاروت، جونیور محقق در تحقیقات زیست پزشکی. عضو آکادمی ملی علوم سایر محققین UTSW که در این مطالعه مشارکت داشتند عبارتند از کیان کونگ، دکتری، محقق بنیاد پزشکی جنوب غربی در تحقیقات بیومدیکال، و دکتر جانانی جایشانکار

این تحقیقات با کمک‌های مالی بنیاد ولچ (I-1561)، و مؤسسه ملی بهداشت (R01 GM115188) صورت گرفت.

https://www.sciencedaily.com/releases/2022/07/220704094229.htm