رمزگشایی ژنوم بزرگترین ویروس باکتریکش جهان با هوش مصنوعی
تیمی از پژوهشگران بینرشتهای به رهبری دانشگاه کارولینای شمالی در شارلوت (UNC Charlotte) موفق شدند با تکیه بر روشهای پیشرفته رایانشی و تحلیلهای مبتنی بر هوش مصنوعی، ژنوم کامل بزرگترین ویروس باکتریایی شناختهشده در جهان، موسوم به فاژ G (Phage G) را رمزگشایی کنند. این ویروس که از نوع مگافاژها (Megaphages) است، نخستین ویروسی از این خانواده بهشمار میرود که توانسته در محیط آزمایشگاهی کشت و مشاهده شود.
به گزارش برنا، این دستاورد بزرگ که در نشریه معتبر npj Viruses (وابسته به Nature) منتشر شده است، حاصل همکاری میان دانشجویان کارشناسیارشد رشته بیوانفورماتیک و ژنومیک دانشگاه شارلوت، آندرا بوچان و استفانی ویدمن، با هدایت ریچارد آلن وایت سوم استاد بیوانفورماتیک و ژنومیک این دانشگاه است.
در این پروژه همچنین پژوهشگرانی از سه دانشگاه دیگر، جولی توماس از مؤسسه فناوری راچستر، چیبین ژانگ از دانشگاه کارولینای شمالی در گرینزبورو و فیلیپ سرور» از دانشگاه علوم سلامت تگزاس (UT Health San Antonio) مشارکت داشتهاند.
رمزگشایی راز مگافاژها
فاژها یا باکتریخوارها ویروسهایی هستند که باکتریها را آلوده و نابود میکنند. این ویروسها اگرچه برای انسانها بیماریزا نیستند، اما میتوانند بر عملکرد باکتریهای مفید یا مضر بدن اثر بگذارند. مگافاژها گونههایی بسیار بزرگ از فاژها هستند که در سالهای اخیر تنها از طریق دادههای DNA محیطی شناسایی میشدند، بدون آنکه در آزمایشگاه قابل کشت یا مشاهده باشند.
اما فاژ G استثنایی مهم است. این ویروس تنها مگافاژی است که تاکنون در محیط آزمایشگاهی رشد کرده و مورد مطالعه مستقیم قرار گرفته است.
پژوهشگران اکنون میتوانند بهطور مستقیم رفتار، ساختار و چرخه حیات آن را بررسی کنند، موضوعی که به گفته وایت دروازهای تازه برای مطالعه و مهندسی مگافاژها در کاربردهای زیستپزشکی میگشاید.
نقش هوش مصنوعی در رمزگشایی ژنوم
پروژه رمزگشایی ژنوم فاژ G در مرکز هوش محاسباتی برای پیشبینی خطرات سلامت و محیط زیست (CIPHER) وابسته به UNC Charlotte انجام شد. در این مرکز همکاری نزدیک میان دانشمندان علوم رایانه و زیستشناسی زمینهساز استفاده گسترده از هوش مصنوعی برای حل مسائل پیچیده سلامت و محیط زیست شده است.
در این مطالعه، محققان با استفاده از الگوریتمهای یادگیری ماشین و تحلیلهای ژنومی هوشمند، موفق به پیشبینی ساختار پروتئینی، چرخه حیاتی و طبقهبندی تبارشناختی فاژ G شدند.
به گفته استفانی ویدمن، دادههای زیستی معمولا با نویز بالا همراهاند و درک آنها بدون ابزارهای هوش مصنوعی تقریباً ناممکن است: دادههای زیستی سرشار از نویز و پراکندگیاند. ابزارهای هوش مصنوعی به ما کمک کردند تا نظم پنهان در این دادهها را بیابیم و بفهمیم این ویروس چگونه عمل میکند.
ویروسی عظیمالجثه با منشأ ناشناخته
فاژ G از نظر اندازه فیزیکی بیش از سه برابر بسیاری از فاژهای شناختهشده است و ژنوم آن از بزرگترین ژنومهای ویروسی است که تاکنون بهطور تجربی شناسایی شده است. با این حال، منشأ دقیق این ویروس هنوز در هالهای از ابهام قرار دارد.
برخی محققان حدس میزنند که این فاژ با مگافاژی که پیشتر از طریق تحلیل DNA در روده گوزن شمالی (moose) شناسایی شده بود، شباهتهایی دارد، اما هیچ مدرکی مبنی بر اینکه میزبان اصلی فاژ G همین حیوان باشد، در دست نیست.
روایتی قدیمی میان دانشمندان نقل میشود که ظاهرا یک دانشجوی بیخبر در رم بهطور تصادفی این ویروس را به آزمایشگاه آورده است، اما منبع واقعی آن همچنان ناشناخته مانده است.
کاربردهای درمانی و آیندهپژوهی
فاژها امروزه به عنوان جایگزین یا مکمل آنتیبیوتیکها برای مقابله با باکتریهای مقاوم به دارو مورد توجه قرار گرفتهاند.
آندرا بوچان، یکی از پژوهشگران اصلی پروژه، میگوید: فاژها مانند بستههایی از DNA هستند که میتوانند محموله ژنتیکی خود را به مقصد خاصی ارسال کنند. ما میتوانیم از آنها برای حمل اطلاعات ژنتیکی و نابودی باکتریهای هدف استفاده کنیم.
به گفته وایت فاژ G بهعنوان تنها مگافاژ قابلکشت، فرصتی بینظیر برای درک نحوه تکامل و بقای ویروسهای غولپیکر در برابر رقابت شدید ویروسهای کوچکتر فراهم کرده است.
این تیم پژوهشی امیدوار است یافتههای آنها مسیر را برای توسعه ابزارهای درمانی جدید علیه عفونتهای مقاوم به دارو هموار کند.
دستاورد تازه محققان UNC Charlotte نه تنها بزرگترین ویروس باکتریایی شناختهشده را بهطور کامل رمزگشایی کرده است، بلکه نشاندهنده نقشی فزاینده از هوش مصنوعی در زیستپژوهی است.
این فناوری اکنون فراتر از یک ابزار تحلیلی، بهعنوان یک شریک علمی درک طبیعت حیات عمل میکند از رمزگشایی ژنومهای ناشناخته تا توسعه راهکارهای نو برای حفظ سلامت انسان.
انتهای پیام/
