Геном фага G: анализ ИИ позволил составить карту крупнейшего в мире культивируемого бактериофага
Междисциплинарная команда исследователей из UNC Charlotte с использованием передовых методов и искусственного интеллекта впервые полностью определила геном «Фага G» — крупнейшего бактериального вируса (бактериофага), когда-либо культивированного в лабораторных условиях.
Этот мегафаг, изучаемый лабораториями по всему миру более 50 лет, был полностью картирован благодаря усилиям, возглавляемым UNC Charlotte. Близость компьютерных и биологических наук в центре CIPHER университета выдвигает использование ИИ на передний план для решения таких угрожающих жизни проблем, как устойчивость бактерий к антибиотикам.
Исследование, опубликованное 30 сентября в журнале npj Viruses, возглавили магистранты Андра Бьюкен и Стефани Вайдман вместе с доцентом Ричардом Алленом Уайтом III. В работе участвовали коллабораторы из Рочестерского технологического института, Университета Северной Каролины в Гринсборо и UT Health San Antonio.
Секвенирование eDNA показало, что мегафаги широко распространены — от кишечника человека до природных экосистем, — но исторически обнаруживались только вычислительными методами в данных eDNA. Обычно их не удавалось выращивать в лаборатории.
В отличие от них, Фаг G — единственный мегафаг, который ученые могут культивировать в лабораториях, и первый, кого можно физически наблюдать in vitro. Это позволяет проводить прямые эксперименты, создавая новую модельную систему для изучения мегафагов.
- Фаги заражают, убивают и размножаются исключительно внутри бактерий. Они не вызывают болезни у людей напрямую, но могут модифицировать бактерии, что приводит к болезни или способствует здоровью.
- Фаг G массивнее многих других фагов более чем в три раза. Его огромный размер пропорционален уровню загадочности, которой он окружен. Он имеет много общего с другим мегафагом, обнаруженным вычислительно в eDNA из кишечника лося.
- При этом Фаг G, по-видимому, не использует лося в качестве основного хозяина. Его истинное происхождение до сих пор неизвестно.
В плане применения фаги могут служить альтернативой или дополнением к антибиотикам для борьбы с устойчивыми инфекциями. «Фаги имеют множество применений в здравоохранении, особенно в свете кризиса антимикробной резистентности. Мы считаем их отличным способом доставки генетической информации для атаки цели», — сказала Бьюкен.
«Мегафаги присутствуют в наших телах и окружающей среде. Однако их культивирование оставалось недостижимым. Таким образом, фаг G предлагает нам бесценную модель для изучения мегафагов в лаборатории», — отметил Уайт.
Благодаря передовым вычислительным методам, включая анализ с помощью ИИ для предсказания таксономии, жизненного цикла и структуры белков Фага G, исследователи могут продвигать свою область, создавая трансформационные приложения для борьбы с болезнями. «Биологические данные известны высоким уровнем шума, поэтому все эти инструменты ИИ действительно важны для их осмысления», — заключила Вайдман.