德克萨斯大学西南医学中心研究人员使用人工智能检测肠道细菌中的新基因家族

利用人工智能，UT Southwestern 的研究人员在肠道细菌中发现了一个新的传感基因家族，这些基因通过结构和可能的功能联系起来，而不是基因序列。发表在PNAS上的研究结果提供了一种识别基因在不相关物种中的作用的新方法，并可能导致对抗肠道细菌感染的新方法。

Orth 博士的实验室长期以来一直专注于研究海洋和河口细菌如何引起感染。2016 年，Orth 博士和她的同事使用生物物理学来表征两种蛋白质的结构，称为 VtrA 和 VtrC 复合物，它们在细菌物种中协同工作被称为副溶血性弧菌然后，她和她的团队在副溶血性弧菌中发现了 VtrA/VtrC 复合物——这通常是受污染的贝类食物中毒的原因——感知细菌细胞表面的胆汁，发出信号以启动化学级联反应，促使这种微生物入侵人类宿主的肠细胞。

尽管 VtrA 与一种称为 ToxR 的蛋白质具有一些结构特征，这种蛋白质在一种称为霍乱弧菌的相关细菌中发现，这种细菌会导致霍乱，但尚不清楚 VtrC 的同源物是否也存在于这种细菌或任何其他细菌中。

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“我们从未见过像 VtrC 这样的东西，”金奇博士说。“但是，我们认为，必须存在其他类似的蛋白质。”

由于没有任何已知基因与 VtrC 相似的序列身份，研究人员转向了两年前发布的名为 AlphaFold 的软件。这个人工智能程序可以根据编码蛋白质的基因序列准确预测某些蛋白质的结构——这些信息以前只能通过实验室的艰苦工作才能收集到。

AlphaFold 表明，霍乱弧菌中一种名为 ToxS 的蛋白质在结构上与 VtrC 非常相似，尽管这两种蛋白质在其基因序列中没有任何可识别的部分。当研究人员在其他生物体中寻找具有相似结构特征的蛋白质时，他们在导致人类疾病的其他几种肠道细菌物种中发现了 VtrC 的同源物，包括鼠疫耶尔森菌（导致黑死病）和假马氏伯克霍尔德菌（导致称为类鼻疽）。这些 VtrC 同源物中的每一个似乎都与结构上与 VtrA 相似的蛋白质协同工作，这表明它们的作用可能与副溶血性弧菌中的作用相同。

Orth 博士说，这些结构上的相似性最终可能会导致药物治疗由依赖于相似致病策略的不同传染性生物引起的疾病。