_ AI ajută la furnizarea celei mai complete hărți a interacțiunilor cheie pentru supraviețuirea bacteriilor

Cercetătorii UAB au produs cea mai completă hartă a interactomului esențial bacterian, adică modul în care proteinele se combină și interacționează pentru a îndeplini funcții esențiale pentru supraviețuirea lor. Cercetarea, publicată în jurnalul eLife, a folosit instrumentul de inteligență artificială AlphaFold pentru a prezice și modela peste 1.400 de interacțiuni. Rezultatele au dezvăluit detalii necunoscute anterior ale acestor mecanisme și oferă ținte potențiale pentru dezvoltarea de noi antibiotice.

Bacterii îndeplinesc multe funcții care sunt cheie pentru supraviețuirea lor, cum ar fi producerea energiei de care au nevoie, Replicarea ADN-ului și diviziunea celulară pentru a se reproduce, sau sinteza membranei lor celulare pentru a se proteja și a interacționa cu mediul, printre altele. Toate aceste procese implică complexe care necesită acțiunea coordonată a unui set de proteine ​​care sunt esențiale: fără ele, procesele nu au loc și bacteriile mor.

De aceea, cunoscând în detaliu cum sunt aceste procese de bază. reglementate, care proteine ​​sunt implicate și modul în care acestea interacționează este esențială pentru înțelegerea mecanismelor de creștere, reproducere și supraviețuire a bacteriilor.

Tehnicile experimentale întreprinse până acum au permis identificarea a milioane de interacțiuni între proteine ​​și mii de structuri. dintre aceste proteine, dar acestea sunt date brute care dau un număr mare de fals pozitive; interacțiuni care, în realitate, nu au nicio valoare.

Cu modelele de inteligență artificială dezvoltate recent, cum ar fi AlphaFold2, a fost posibil să se obțină structuri de proteine ​​cu o acuratețe similară metodelor experimentale și să se facă diferența între proteinele autentice- interacțiunile proteinelor și interacțiunile false (false pozitive).

Cercetătorii de la Departamentul de Biochimie și Biologie Moleculară de la Universitat Autònoma de Barcelona au folosit modelul de inteligență artificială AlphaFold2 pentru a prezice setul de interacțiuni proteină-proteină care sunt esențiale pentru supraviețuirea bacteriilor, un total de 1.402 de interacțiuni posibile care alcătuiesc cea mai completă hartă a ceea ce se numește interactom esențial bacterian.

Toate aceste interacțiuni ne extind cunoștințele despre mecanismele de acțiune de care au nevoie bacteriile. să supraviețuiască și să ne permită să identificăm care interacțiuni proteină-proteină pot fi ținte pentru dezvoltarea de noi antibiotice.

„Am obținut o hartă a interactomului esențial bacterian în care toate interacțiunile care sunt esențiale pentru bacterii. a trăi și a se înmulți sunt adunate. Am caracterizat structural aceste interacțiuni folosind noi instrumente de inteligență artificială, în special AlphaFold", explică lectorul UAB Marc Torrent, directorul cercetării. „Credem că aceste structuri sunt o referință pentru dezvoltarea de noi antibiotice, deoarece moleculele care pot inhiba aceste interacțiuni. s-ar comporta ca antibioticele cu mecanisme de acțiune neobișnuite.”

Activitatea bacteriană implică între 4.000 și 5.000 de proteine. Acest set se numește proteom bacterian, dând naștere unui interatom care ar putea avea până la 20 de milioane de interacțiuni posibile. Dar se estimează că interacțiunile care au loc la o specie, de exemplu, în bacteria Escherichia coli, sunt limitate la aproximativ 12 000. Și nu toate aceste interacțiuni sunt esențiale pentru supraviețuirea bacteriei.

Pentru a testa fiabilitatea AlphaFold2, echipa de cercetare a comparat predicțiile sale cu 140 de interacțiuni proteină-proteină care au fost obținute experimental în prealabil. Rezultatul a fost o putere predictivă pe care autorii o descriu drept excelentă, deoarece 113 dintre aceste interacțiuni experimentale (81%) au fost prezise de AI foarte precis.

Cercetătorii cred că multe dintre complexele de interacțiune proteină-proteină. care pot fi găsite în bazele de date experimentale ar putea fi fals pozitive.

Cercetătorii evidențiază descoperirea, folosind această metodă, a unui set de interacțiuni protein-proteină necunoscute anterior care acționează în nouă procese esențiale: biosinteza acizilor grași în membrana celulară, sinteza lipopolizaharidelor în membrana exterioară, transportul lipidelor, transportul proteinelor și lipoproteinelor în membrana externă, diviziunea celulară, menținerea formei alungite în bacili, replicarea ADN-ului pentru reproducerea bacteriană și sinteza ubichinonei.

O înțelegere detaliată a structurii acestor complexe de proteine ​​recent descoperite oferă noi perspective asupra mecanismelor moleculare implicate în aceste procese bacteriene vitale și deschide calea pentru dezvoltarea de noi antibiotice.

(Fluierul)