Ερευνητές εντόπισαν έναν κρυφό μοριακό «διακόπτη» τον οποίο χρησιμοποιούν οι ιοί του έρπητα για να εισβάλουν στα κύτταρα. Συνδυάζοντας τεχνητή νοημοσύνη, υπολογιστικές προσομοιώσεις και εργαστηριακά πειράματα, επιστημονική ομάδα από το Πανεπιστήμιο της Πολιτείας της Ουάσινγκτον στις ΗΠΑ, εντόπισε και τροποποίησε ένα αμινοξύ, γεγονός που απέτρεψε την είσοδο του ιού στα κύτταρα. Αυτό το επίτευγμα ανοίγει νέες προοπτικές για τον σχεδιασμό μελλοντικών αντιικών θεραπειών.
Η μελέτη τους, που δημοσιεύθηκε στο επιστημονικό περιοδικό Nanoscale, επικεντρώθηκε στον εντοπισμό και τον αποκλεισμό μιας συγκεκριμένης μοριακής αλληλεπίδρασης από την οποία εξαρτώνται οι ιοί του έρπητα για να αποκτήσουν πρόσβαση στα κύτταρα. Στην έρευνα συνεργάστηκαν επιστήμονες από τη Σχολή Μηχανολογίας και Επιστήμης Υλικών και το Τμήμα Κτηνιατρικής Μικροβιολογίας και Παθολογίας.
«Οι ιοί είναι πολύ “έξυπνοι”», δήλωσε ο Τζιν Λιου, κύριος συγγραφέας της μελέτης και καθηγητής στη Σχολή Μηχανολογίας και Επιστήμης Υλικών. «Η διαδικασία εισβολής στα κύτταρα είναι εξαιρετικά πολύπλοκη και περιλαμβάνει πολλές αλληλεπιδράσεις. Δεν είναι όλες εξίσου σημαντικές — οι περισσότερες αποτελούν απλώς “θόρυβο”, αλλά υπάρχουν ορισμένες κρίσιμες αλληλεπιδράσεις» σημείωσε.
Η ομάδα μελέτησε μια ιική «πρωτεΐνη σύντηξης», την οποία χρησιμοποιούν οι ιοί του έρπητα για να συγχωνευθούν με τα κύτταρα και να εισέλθουν σε αυτά — μια διαδικασία που ευθύνεται για πολλές λοιμώξεις. Οι επιστήμονες γνωρίζουν ελάχιστα για το πώς αυτή η μεγάλη και σύνθετη πρωτεΐνη αλλάζει δομή ώστε να επιτρέψει την είσοδο στο κύτταρο, γεγονός που εξηγεί εν μέρει γιατί τα εμβόλια για αυτούς τους διαδεδομένους ιούς είναι δύσκολο να αναπτυχθούν.
Για να αντιμετωπίσουν αυτή την πρόκληση, οι ερευνητές στράφηκαν στην Τεχνητή Νοημοσύνη και σε λεπτομερείς μοριακές προσομοιώσεις. Οι καθηγητές Πρασάντα Ντούτα και Τζιν Λιου ανέλυσαν χιλιάδες πιθανές αλληλεπιδράσεις εντός της πρωτεΐνης, προκειμένου να εντοπίσουν ένα και μόνο αμινοξύ που παίζει καθοριστικό ρόλο στην είσοδο του ιού. Δημιούργησαν έναν αλγόριθμο για την εξέταση των αλληλεπιδράσεων μεταξύ αμινοξέων —των βασικών δομικών στοιχείων των πρωτεϊνών— και στη συνέχεια εφάρμοσαν μηχανική μάθηση για να ξεχωρίσουν τις πιο καθοριστικές.
Εντοπισμός ενός κρίσιμου αδύναμου σημείου
Αφού εντοπίστηκε το κρίσιμο αμινοξύ, η ομάδα προχώρησε σε εργαστηριακά πειράματα υπό την καθοδήγηση του Άντονι Νίκολα από το Τμήμα Κτηνιατρικής Μικροβιολογίας και Παθολογίας. Με την εισαγωγή μιας στοχευμένης μετάλλαξης στο συγκεκριμένο αμινοξύ, διαπιστώθηκε ότι ο ιός δεν μπορούσε πλέον να συγχωνευθεί επιτυχώς με τα κύτταρα. Ως αποτέλεσμα, δεν μπόρεσε να εισέλθει στα κύτταρα.
Σύμφωνα με τον Λιου, η χρήση προσομοιώσεων και μηχανικής μάθησης ήταν καθοριστική, καθώς η πειραματική δοκιμή ακόμη και μίας μόνο αλληλεπίδρασης μπορεί να διαρκέσει μήνες. Ο προκαταρκτικός εντοπισμός της πιο σημαντικής αλληλεπίδρασης κατέστησε το πειραματικό έργο πολύ πιο αποδοτικό.
«Επρόκειτο για μία μόνο αλληλεπίδραση ανάμεσα σε χιλιάδες. Αν δεν είχαμε κάνει τις προσομοιώσεις και προχωρούσαμε με τη μέθοδο της δοκιμής και του σφάλματος, θα χρειαζόμασταν χρόνια για να το πετύχουμε», ανέφερε. «Ο συνδυασμός θεωρητικής υπολογιστικής εργασίας και πειραμάτων είναι εξαιρετικά αποδοτικός και επιταχύνει την ανακάλυψη αυτών των κρίσιμων βιολογικών αλληλεπιδράσεων».
Τι μένει ακόμη να διευκρινιστεί
Παρότι η ομάδα επιβεβαίωσε τη σημασία της συγκεκριμένης αλληλεπίδρασης, παραμένουν πολλά ερωτήματα σχετικά με το πώς αυτή η μετάλλαξη μεταβάλλει τη δομή ολόκληρης της πρωτεΐνης σύντηξης. Οι ερευνητές σκοπεύουν να συνεχίσουν να χρησιμοποιούν προσομοιώσεις και μηχανική μάθηση για να κατανοήσουν καλύτερα πώς μικρές μοριακές αλλαγές επηρεάζουν τη συνολική δομή της πρωτεΐνης.
«Υπάρχει ένα κενό ανάμεσα σε αυτό που βλέπουν οι πειραματιστές και σε αυτό που μπορούμε να δούμε στις προσομοιώσεις», είπε ο Λιου. «Το επόμενο βήμα είναι να κατανοήσουμε πώς αυτή η μικρή αλληλεπίδραση προκαλεί δομικές αλλαγές σε μεγαλύτερη κλίμακα. Και αυτό είναι ιδιαίτερα απαιτητικό» κατέληξε ο ερευνητής.
ΠΗΓΗ: Science Daily
