Des chercheurs utilisent l’IA pour découvrir de nouvelles familles de gènes dans les bactéries intestinales

En utilisant l’intelligence artificielle, des chercheurs de l’UT Southwestern ont découvert une nouvelle famille de gènes sensoriels dans les bactéries intestinales qui sont liés par la structure et la fonction probable, mais pas par la séquence génétique. Les résultats, publiés dans PNASfournir une nouvelle façon d’identifier le rôle des gènes chez des espèces non apparentées et pourrait conduire à de nouvelles façons de lutter contre les infections entériques bactériennes.

« Nous avons identifié des similitudes dans ces protéines dans l’ordre inverse. Au lieu d’utiliser des séquences, Lisa a recherché des similitudes dans leur structure », a déclaré Kim Orth, Ph.D., professeur de biologie moléculaire et de biochimie, codirectrice de l’étude avec Lisa Kinch, Ph.D., bioinformaticienne au Département de biologie moléculaire.

Le laboratoire du Dr. Orth s’est longtemps concentré sur l’étude de la façon dont les bactéries marines et estuariennes provoquent des infections. En 2016, Dr. Orth et ses collègues ont utilisé la biophysique pour caractériser la structure de deux protéines appelées les complexes VtrA et VtrC qui fonctionnent ensemble dans une espèce de bactérie appelée Vibrio parahaemolyticus. Elle et son équipe ont ensuite découvert le complexe VtrA/VtrC chez V. parahaemolyticus – qui est une cause fréquente de maladie d’origine alimentaire due à des crustacés contaminés – qui détecte la bile à la surface des cellules bactériennes et envoie un signal pour déclencher une cascade chimique qui transporte ce microbe à l’Invasion induit les cellules intestinales de son hôte humain.

Bien que VtrA partage certaines caractéristiques structurelles avec une protéine appelée ToxR trouvée dans une bactérie responsable du choléra appelée Vibrio cholerae, il n’était pas clair si un homologue de VtrC existait également dans cette bactérie ou dans une autre.

« Nous n’avions jamais rien vu de tel que le VtrC », a déclaré le Dr. pincer. « Mais nous avons pensé qu’il devait y avoir d’autres protéines comme celle-ci. »

En l’absence de gènes connus avec des identités de séquence similaires à VtrC, les chercheurs se sont tournés vers un logiciel appelé AlphaFold, sorti il ​​y a à peine deux ans. Ce programme d’intelligence artificielle peut prédire avec précision la structure de certaines protéines en fonction de la séquence génétique qui les code – des informations auparavant recueillies uniquement grâce à un travail minutieux en laboratoire.

AlphaFold a montré qu’une protéine appelée ToxS dans V. cholerae VtrC a une structure très similaire à VtrC, bien que les deux protéines ne partagent aucune partie discernable de leur séquence génétique. Lorsque les chercheurs ont recherché des protéines présentant des caractéristiques structurelles similaires dans d’autres organismes, ils ont trouvé des homologues de VtrC dans plusieurs autres espèces de bactéries entériques responsables de maladies humaines, notamment Yersinia pestis (qui cause la peste bubonique) et Burkholderia pseudomallei (qui cause une infection tropicale appelée provoque la mélioïdose). Chacun de ces homologues de VtrC semble fonctionner avec des protéines structurellement similaires à VtrA, ce qui suggère que leurs rôles pourraient être les mêmes que ceux de V. parahaemolyticus.

docteur Orth a déclaré que ces similitudes structurelles pourraient éventuellement conduire à des médicaments qui traitent des conditions causées par différents organismes infectieux qui reposent sur des stratégies pathogènes similaires.