AI找到了阻止病毒进入细胞的新方法

这项发表在《Nanoscale》期刊上的研究，致力于发现并阻断疱疹病毒赖以入侵细胞的特定分子相互作用。该研究汇集了机械与材料工程学院以及兽医微生物学与病理学系的研究人员。

“病毒非常‘聪明’，”该研究的通讯作者、机械与材料工程学院教授刘劲（Jin Liu）表示，“它们入侵细胞的整个过程非常复杂，涉及大量相互作用。并非所有相互作用都同等重要——大多数可能只是‘背景噪音’，但有些是关键的相互作用。”

### 理解病毒融合过程
研究团队重点研究了疱疹病毒用于与细胞融合并进入细胞的一种病毒“融合”蛋白，这一过程是许多感染的根源。科学家们对这种大型复杂蛋白如何改变形状以实现细胞进入的了解仍然有限，这也解释了为何针对这些广泛存在的病毒的疫苗难以研发。

为应对这一挑战，研究人员借助人工智能和详细的分子模拟。普拉桑塔·杜塔（Prashanta Dutta）教授和刘劲教授分析了该蛋白内数千种潜在相互作用，以识别出对病毒进入起关键作用的单个氨基酸。他们开发了一种算法来检查蛋白质基本组成单位——氨基酸之间的相互作用，然后应用机器学习对这些相互作用进行筛选，找出影响最大的那些。

### 利用人工智能定位关键弱点
在确定关键氨基酸后，研究团队开展了由兽医微生物学与病理学系的安东尼·尼古拉（Anthony Nicola）领导的实验室实验。通过对该氨基酸进行定向突变，他们发现病毒无法再成功与细胞融合，从而完全阻断了疱疹病毒进入细胞。

刘劲表示，模拟和机器学习的应用至关重要，因为即使是测试单个相互作用的实验也可能需要数月时间。提前缩小最重要相互作用的范围，使实验工作效率大幅提升。

“这只是数千种相互作用中的一种。如果我们不进行模拟，而是通过反复试验来做这项工作，可能需要数年才能找到，”刘劲说，“理论计算工作与实验相结合非常高效，能够加速这些重要生物相互作用的发现。”

### 研究人员仍需探索的问题
尽管团队证实了这种特定相互作用的重要性，但关于这种突变如何改变整个融合蛋白结构的问题仍有许多。研究人员计划继续使用模拟和机器学习，以更好地理解微小的分子变化如何在整个蛋白中产生连锁反应。

“实验人员观察到的结果与我们在模拟中看到的结果之间存在差距，”刘劲说，“下一步是研究这种微小的相互作用如何在更大尺度上影响结构变化，这对我们来说也非常具有挑战性。”

该研究由刘劲、杜塔、尼古拉以及博士生瑞安·奥德斯特西尔（Ryan Odstrcil）、阿尔比娜·马基奥（Albina Makio）和麦肯纳·赫尔（McKenna Hull）共同完成。该项目的资金由美国国立卫生研究院提供。