La “materia oscura” nel mondo dei virus: i ricercatori di virus hanno scoperto più di 161.000 virus a RNA precedentemente sconosciuti nei dati di campionamento globale, più che mai. Le nuove scoperte espandono di una volta e mezza l’involucro virale precedentemente noto e vi aggiungono innumerevoli nuovi gruppi di virus. La scoperta dei virus a RNA è resa possibile dall’intelligenza artificiale che ha identificato le impronte digitali dei virus nei dati genetici campionati da un’ampia gamma di habitat.
Che si tratti dei ghiacciai, delle profondità della crosta terrestre o dell’alta atmosfera: i virus sono ovunque e in ogni cosa; anche noi esseri umani ospitiamo miliardi di specie virali. Dall’inizio dell’evoluzione, i virus si sono adattati a un’ampia gamma di ospiti e ambienti e possono sopravvivere anche in condizioni estreme. Ma nonostante la sua ubiquità, la maggior parte dell’involucro virale per noi è “materia oscura”: conosciamo solo una frazione della sua vera diversità.
Finora l’identificazione di nuovi virus a RNA è stata particolarmente difficile. A causa del loro elevato tasso di mutazione e della diversità genetica, sono molto più difficili da identificare rispetto ai virus a DNA e richiedono procedure di analisi speciali. Oltre alla sequenza dell’RNA, sono particolarmente ricercate anche le distinte istruzioni per la costruzione dell’RNA per la RNA polimerasi, poiché facilitano il compito. Tuttavia, il numero di casi non segnalati di virus a RNA rimane enorme.
Un modello di trasformatore delle firme dell’RNA virale
Ora l’intelligenza artificiale sta portando movimento anche nelle indagini sui virus. Un team guidato da Shen Hu del Laboratorio statale di biocontrollo di Shenzhen ha sviluppato un sistema di intelligenza artificiale appositamente progettato per rilevare le firme virali nei dati dell’RNA. La base del sistema di intelligenza artificiale chiamato “LucaProt” è un modello di compilatore adattivo basato su principi di base simili a ChatGPT e altri modelli linguistici di grandi dimensioni.
A differenza dei generatori di testo, AI Virus Investigator non analizza il linguaggio, ma piuttosto analizza le sequenze di RNA e ne valuta i modelli ricorrenti. Per il loro studio, lui e il suo team hanno prima addestrato LucaProt su circa 5.000 firme di RNA conosciute di RNA polimerasi virali. Hanno poi chiesto al sistema di intelligenza artificiale di analizzare 51 terabyte di dati di RNA provenienti da campioni ambientali.
I campioni esaminati provenivano da 1.612 siti in tutto il mondo e da 32 diversi habitat e tipi di ecosistemi: dai sedimenti delle profondità marine al ghiaccio antartico e alle sorgenti termali, fino ai campioni di suolo, aria e acqua provenienti dalle nostre latitudini.
Nuovi virus a RNA sono ovunque e in tutto il mondo
Il risultato: la ricerca basata sull’intelligenza artificiale ha scoperto 161.979 nuovi tipi di virus a RNA, una quantità mai vista prima. “Trovare così tanti nuovi virus contemporaneamente è sconcertante”, afferma l’autore senior Edwards Holmes dell’Università di Sydney. Le nuove scoperte espandono l’involucro virale precedentemente noto di 1,5 volte e i supergruppi virali di 8,6 volte, ha riferito il team. “Questo apre una nuova finestra su questa parte nascosta dell’ambiente di vita della Terra”, afferma Holmes.
I virus a RNA appena scoperti sono distribuiti in tutti i 32 tipi di ecosistemi esaminati. “La più alta diversità di virus si riscontrava nei rifiuti, nelle zone umide, nelle acque interne e nelle acque reflue”, hanno riferito i ricercatori. “Abbiamo trovato il maggior numero di nuovi virus a RNA in Antartide, nei sedimenti marini e in alcune acque interne”. Il team ha anche scoperto virus a RNA precedentemente non riconosciuti in ambienti estremi come sorgenti termali, atmosfera o sorgenti idrotermali.
L’86% delle specie di virus a RNA recentemente identificate si trovano in un solo tipo di ecosistema. Ma in quasi tutti i campioni sono stati trovati anche virus. “Questi sembrano essere specialisti ambientali”, hanno detto lui e i suoi colleghi.
“Stiamo solo grattando la superficie.”
Ma nonostante l’enorme quantità di virus a RNA scoperti di recente, questa è solo la punta di un enorme iceberg, sottolineano i ricercatori: “Stiamo solo grattando la superficie, ci sono milioni di altri virus da scoprire”, dice Holmes Ci sono ancora lacune significative nella conoscenza dell’evoluzione e dell’ecologia delle specie virali appena scoperte, eppure non si sa in gran parte chi colonizza questi virus.
“La maggior parte dei virus a RNA finora conosciuti infettano gli eucarioti”, spiegano gli scienziati. Oltre agli esseri umani, agli animali e alle piante, questi organismi includono anche organismi unicellulari che portano un nucleo cellulare. “Ma è anche possibile che gran parte dei virus scoperti di recente siano associati a batteri o archaea come ospiti”.
“Il prossimo passo è addestrare la nostra intelligenza artificiale a scoprire di più su questa straordinaria diversità”, afferma Holmes. “Chissà quali sorprese ci aspettano” (Cell, 2024; doi: 10.1016/j.cell.2024.09.027)
Fonte: Cell, Università di Sydney
10 ottobre 2024 – Nadia Podbrigar
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