Des scientifiques de l'Université d'État de Washington ont utilisé l'intelligence artificielle et des simulations moléculaires pour identifier une interaction cruciale d'acides aminés dans une protéine de fusion du virus herpes nécessaire à l'invasion cellulaire. Lorsqu'ils ont introduit une mutation à ce site, le virus ne pouvait plus fusionner avec ou pénétrer les cellules, selon une étude publiée dans Nanoscale.
Des chercheurs de la School of Mechanical and Materials Engineering et du Department of Veterinary Microbiology and Pathology de l'Université d'État de Washington ont collaboré sur une étude ciblant une protéine de fusion utilisée par les virus herpes pour pénétrer les cellules. Cette protéine subit des changements de forme complexes pour favoriser l'infection, et la compréhension limitée de sa dynamique a rendu difficile le développement de vaccins et de médicaments.
Pour étudier le problème, les professeurs Jin Liu et Prashanta Dutta ont eu recours à l'intelligence artificielle et à des simulations moléculaires détaillées pour analyser des milliers d'interactions potentielles entre acides aminés dans la protéine de fusion, rapporte l'Université d'État de Washington. Ils ont construit un algorithme pour examiner ces interactions, puis ont appliqué l'apprentissage automatique pour identifier celles les plus susceptibles d'être essentielles à l'entrée virale.
« Les virus sont très intelligents. Tout le processus d'invasion des cellules est très complexe, et il y a beaucoup d'interactions. Toutes les interactions ne sont pas également importantes—la plupart ne sont que du bruit de fond, mais il y en a de critiques », a déclaré Liu dans le compte rendu de l'université sur ce travail.
Après que les simulations ont mis en évidence une interaction clé d'acides aminés, l'équipe est passée à des expériences en laboratoire dirigées par Anthony Nicola au Department of Veterinary Microbiology and Pathology. En introduisant une mutation ciblée à cet acide aminé, ils ont découvert que le virus ne pouvait plus fusionner avec succès avec les cellules, bloquant efficacement le virus herpes d'entrer dans les cellules, selon le résumé de l'étude sur ScienceDaily.
Liu a déclaré que le criblage computationnel a considérablement accéléré la recherche. Tester les interactions expérimentalement une par une aurait pris beaucoup plus de temps, a-t-il noté. « C'était une seule interaction parmi des milliers. Sans simulation, si nous avions fait ce travail par essais et erreurs, cela aurait pu prendre des années. La combinaison de travail computationnel théorique et d'expériences est si efficace et peut accélérer la découverte de ces interactions biologiques importantes », a-t-il dit.
Bien que l'équipe ait confirmé l'importance de cette interaction spécifique pour la fusion et l'entrée virales, ils ont averti que de nombreuses questions demeurent sur la façon dont la mutation modifie la structure tridimensionnelle et les mouvements à grande échelle de la protéine de fusion complète. Les chercheurs prévoient de continuer à utiliser des simulations et l'apprentissage automatique pour explorer comment de petits changements moléculaires se propagent dans la protéine et pour cibler d'autres sites potentiellement vulnérables.
« Il y a un écart entre ce que voient les expérimentateurs et ce que nous pouvons voir dans la simulation », a déclaré Liu. « La prochaine étape est comment cette petite interaction affecte le changement structurel à plus grande échelle. C'est aussi très challenging pour nous. »
Le travail, réalisé par Liu, Dutta, Nicola et les doctorants Ryan Odstrcil, Albina Makio et McKenna Hull, a été financé par les National Institutes of Health et est détaillé dans la revue Nanoscale sous le titre Modulation d'interactions spécifiques au sein d'une protéine de fusion virale prédite par l'apprentissage automatique bloque la fusion membranaire.
Selon l'Université d'État de Washington, cette approche guidée par l'IA pourrait éclairer les stratégies antivirales futures en aidant les scientifiques à identifier et perturber des « interrupteurs » moléculaires spécifiques dans les protéines virales essentiels à l'infection.
