Cum poate inteligența artificială bloca infecția virală înainte de intrarea în celule

Un studiu realizat la Washington State University și publicat în revista Nanoscale descrie o strategie inovatoare de blocare a intrării virusurilor herpetice în celulele gazdă. Cercetarea arată că interferența cu o interacțiune moleculară esențială dintr-o proteină virală de fuziune poate opri complet procesul de infectare, deschizând perspective noi pentru dezvoltarea terapiilor antivirale.
Virusurile anvelopate, inclusiv virusurile herpetice, depind de un proces complex de fuziune membranară pentru a pătrunde în celulele gazdă. Acest proces este mediat de proteine virale de fuziune care suferă modificări structurale majore, trecând de la o conformație pre-fuziune la una post-fuziune. Deși aceste proteine sunt esențiale pentru infecție, ele sunt mari, dinamice și dificil de studiat experimental.

În cazul virusurilor herpetice, proteina glicoproteină B este o proteină de fuziune de clasa III, implicată direct în inițierea infecției. Înțelegerea stabilității sale structurale și a interacțiunilor moleculare critice este limitată, fapt ce contribuie la dificultatea dezvoltării vaccinurilor și a inhibitorilor specifici pentru aceste virusuri larg răspândite.

Despre studiu

Cercetarea a combinat simulări de dinamică moleculară, modele avansate de machine learning și experimente biologice pentru a identifica interacțiunile esențiale care stabilizează conformația pre-fuziune a glicoproteinei B. Studiul s-a concentrat pe relația dintre bucle de fuziune și regiunea proximală membranei, două componente critice pentru inițierea fuziunii virale.

Prin analizarea a mii de interacțiuni potențiale dintre aminoacizi, cercetătorii au dezvoltat un algoritm capabil să detecteze acele legături care nu reprezintă „zgomot de fond”, ci sunt decisive pentru funcția proteinei. Modelul de învățare automată a identificat o interacțiune polară specifică între doi aminoacizi, Q181 și R747, ca fiind esențială pentru stabilitatea structurală a proteinei în starea pre-fuziune.

Simulările moleculare au arătat că substituirea aminoacidului Q181 cu prolină determină perturbarea structurii secundare a buclelor de fuziune și reduce semnificativ stabilitatea conformației pre-fuziune. Pe baza acestor predicții, au fost concepute experimente biologice pentru a testa impactul mutației asupra capacității virusului de a fuziona cu membrana celulară.

Rezultate

Rezultatele experimentale au fost concludente: mutația Q181P a abolit complet activitatea de fuziune a glicoproteinei B. Virusul herpetic care conținea această mutație nu a mai fost capabil să pătrundă în celule, confirmând rolul central al interacțiunii Q181–R747 în procesul de infectare.

Studiul a demonstrat că:

• Nu toate interacțiunile moleculare din proteinele virale au aceeași importanță funcțională;
• O singură interacțiune critică poate controla tranziția structurală necesară fuziunii virale;
• Abordările bazate pe inteligență artificială pot reduce drastic timpul necesar identificării acestor interacțiuni cheie.

Comparativ cu testarea experimentală clasică, care ar putea dura ani pentru a explora sistematic mii de posibile mutații, utilizarea simulărilor și a învățării automate a permis restrângerea rapidă a analizei la o țintă moleculară precisă, validată ulterior în laborator.

Perspective și implicații

Deși rolul interacțiunii Q181–R747 a fost confirmat, cercetătorii subliniază că rămân întrebări importante legate de modul în care o modificare locală la nivel molecular se propagă și determină reorganizări structurale la scară largă în întreaga proteină de fuziune. Această tranziție între observațiile experimentale și modelele computaționale reprezintă o provocare majoră pentru studiile viitoare.

Rezultatele oferă însă o dovadă solidă că stabilitatea conformației pre-fuziune a proteinelor virale este o țintă terapeutică promițătoare. Identificarea și perturbarea selectivă a interacțiunilor critice ar putea conduce la dezvoltarea unor antivirale capabile să prevină infecția înainte ca virusul să intre în celulă.

Concluzie

Acest studiu demonstrează puterea integrării dintre simulările moleculare, inteligența artificială și validarea experimentală în elucidarea mecanismelor fundamentale ale infecției virale. Prin identificarea unei interacțiuni moleculare unice, dar decisive, cercetarea oferă nu doar o înțelegere mai profundă a procesului de fuziune virală, ci și un cadru generalizabil pentru investigarea altor procese biologice complexe, cu aplicații directe în dezvoltarea terapiilor antivirale de nouă generație.