کشف خانواده جدیدی از ژن‌ها در باکتری روده با هوش مصنوعی

به گزارش خبرگزاری صدا وسیما، پژوهشگران آمریکایی در بررسی جدید خود نشان داده‌اند که یک نرم‌افزار مبتنی بر هوش مصنوعی می‌تواند خانواده‌ای از ژن‌ها را در باکتری‌های روده شناسایی کند و کمکی برای درمان بیماری‌های باکتریایی باشد.

پژوهشگران با استفاده از هوش مصنوعی، خانواده جدیدی از ژن‌های حسگر را در باکتری‌های روده کشف کرده‌اند که به واسطه ساختار و احتمالا عملکرد خود با یکدیگر مرتبط هستند؛ نه به واسطه توالی ژنتیکی. این پژوهش، روش جدیدی را برای شناسایی نقش ژن‌ها در گونه‌های غیرمرتبط ارائه می‌کند و می‌تواند به ارائه روش‌های جدیدی برای مبارزه با عفونت‌های باکتریایی روده بپردازد.

دکتر "کیم اورث" (Kim Orth)، استاد زیست‌شناسی مولکولی و بیوشیمی مرکز پزشکی دانشگاه تگزاس ساوت‌وسترن و سرپرست این پژوهش گفت: ما با روشی برعکس روشی که معمولا انجام می‌شود، شباهت‌هایی را در این پروتئین‌ها شناسایی کردیم. دکتر "لیزا کینچ" (Lisa Kinch) به جای استفاده از توالی‌یابی، به دنبال مطابقت در ساختار آن‌ها بود.

آزمایشگاه دکتر اورث مدت‌هاست که چگونگی ایجاد عفونت‌ها توسط باکتری‌های دریایی و پای‌رودی را بررسی می‌کند. دکتر اورث و همکارانش در سال ۲۰۱۶، از بیوفیزیک برای توصیف ساختار دو پروتئین به نام‌های "VtrA" و "VtrC" استفاده کردند که در یک گونه باکتری به نام "ویبریو پاراهمولیتیکوس" (Vibrio parahaemolyticus) وجود دارند. سپس اورث و گروهش، ترکیب VtrA/VtrC را در ویبریو پاراهمولیتیکوس کشف کردند که اغلب، علت مسمومیت غذایی ناشی از صدف‌های آلوده است.

اگرچه برخی از ویژگی‌های ساختاری VtrA، مشابه ویژگی‌های پروتئینی به نام "ToxR" هستند که در یک باکتری به نام "ویبریو کلرا" (Vibrio cholerae) یافت می‌شود که عامل وبا است، اما مشخص نیست که آیا ساختار VtrC، در هر باکتری دیگری وجود دارد یا خیر. دکتر کینچ گفت: ما هرگز چیزی شبیه به VtrC ندیده بودیم، اما فکر می‌کردیم که پروتئین‌های دیگری مانند آن باید وجود داشته باشند.

پژوهشگران در این پروژه، به استفاده از نرم‌افزاری به نام "آلفافولد" (AlphaFold) روی آوردند که دو سال پیش ابداع شد. این نرم‌افزار مبتنی بر هوش مصنوعی می‌تواند ساختار برخی از پروتئین‌ها را براساس توالی ژنتیکی که آن‌ها را کدگذاری می‌کند، به دقت پیش‌بینی کند. این اطلاعات پیشتر فقط از طریق کار سخت در آزمایشگاه به دست می‌آمدند.

آلفافولد نشان داد که ساختار پروتئینی به نام "ToxS" در ویبریو کلرا، بسیار شبیه به ساختار VtrC است؛ حتی اگر هیچ بخش قابل تشخیصی در این دو پروتئین مشترک نباشد. هنگامی که پژوهشگران به دنبال پروتئین‌هایی با ویژگی‌های ساختاری مشابه در سایر موجودات گشتند، ساختار VtrC را در چندین گونه باکتری روده دیگر یافتند که عامل بیماری‌های انسانی بودند. از جمله این باکتری‌ها می‌توان به "یرسینیا پستیس" (Yersinia pestis) و "بورخولدریا پسومالئی" (Burkholderia pseudomallei) اشاره کرد.

دکتر اورث گفت: این شباهت‌های ساختاری در نهایت می‌توانند به تولید دارو‌هایی کمک کنند که بیماری‌های ناشی از ارگانیسم‌های عفونی مختلف را درمان می‌کنند که بر راهبرد‌های آسیب‌شناسی مشابهی تکیه دارند. این پژوهش، در مجله "PNAS" به چاپ رسید.