Учёные обнаружили новое семейство генов в кишечных бактериях с помощью ИИ

Исследователи из UT Southwestern с помощью искусственного интеллекта открыли новое семейство сенсорных генов в кишечных бактериях, которые связаны по структуре и, вероятно, функции, но не по генетической последовательности. Результаты, опубликованные в PNAS, предлагают новый способ определения роли генов у неродственных видов и могут привести к новым методам борьбы с кишечными бактериальными инфекциями.

«Мы выявили сходство в этих белках наоборот, по сравнению с тем, как это обычно делается. Вместо использования последовательности Лиза искала совпадения в их структуре», — сказала Ким Орт, доктор философии, соавтор исследования.

Лаборатория доктора Орт давно изучает, как морские и эстуарные бактерии вызывают инфекции. В 2016 году команда охарактеризовала структуру двух белков — комплекса VtrA и VtrC — у бактерии Vibrio parahaemolyticus (частая причина пищевых отравлений). Было обнаружено, что этот комплекс на поверхности бактериальной клетки чувствует желчь и запускает каскад сигналов, заставляющий микроб вторгаться в клетки кишечника человека.

Хотя VtrA имеет структурное сходство с белком ToxR у холерного вибриона (Vibrio cholerae), гомолог VtrC в других бактериях был неизвестен.

«Мы никогда не видели ничего подобного VtrC. Но мы думали, что другие похожие белки должны существовать», — отметила биоинформатик Лиза Кинч.

Не имея генов с похожей последовательностью, исследователи использовали ИИ-программу AlphaFold, которая предсказывает структуру белков по генетической последовательности. AlphaFold показал, что белок ToxS у V. cholerae структурно очень похож на VtrC, хотя их генетические последовательности не имеют узнаваемого сходства.

Поиск белков со схожими структурными чертами у других организмов выявил гомологи VtrC у нескольких патогенных кишечных бактерий:

• Yersinia pestis (возбудитель бубонной чумы)
• Burkholderia pseudomallei (возбудитель мелиоидоза)

Каждый из этих гомологов, по-видимому, работает в паре с белками, структурно похожими на VtrA, что предполагает схожие функциональные роли.

По словам доктора Орт, это структурное сходство может в перспективе привести к созданию препаратов для лечения инфекций, вызванных разными патогенами, но использующими сходные стратегии.