从病毒到社交机器人研究人员发现了受攻击网络的结构,打造人体第一道防线

澳门新葡8455最新网站 1

澳门新葡8455最新网站 1

抗病毒“新兵”打造人体第一道防线
新机制为抗艾药物研发提供新途径

人体的机制是奇妙的,但他们并没有放弃所有的秘密。为了真正克服人类疾病,了解最基本水平的情况至关重要。

本报见习记者 辛雨

细胞的基本功能由蛋白质分子进行,蛋白质分子以不同的复杂性相互作用。当病毒进入体内时,它会破坏它们的相互作用并操纵它们进行自身的复制。这是遗传病的基础,了解病毒如何运作是非常有趣的。

由于体积的限制,病毒的基因组通常较小,携带的遗传信息也比较少。因此,病毒在复制过程中,需要利用特殊机制扩展其携带遗传信息的利用率。其中,程序性移码就是病毒常用的蛋白质合成重编码机制。

像病毒这样的对手激发了明谢谢电子与计算机工程系副教授Paul
Bogdan和最近的博士学位。来自USC网络物理系统小组的毕业生Yuankun
Xue,确定他们与人体内蛋白质的相互作用。我们试图用数学模型重现这个问题,波格丹说。他们开创性的统计机器学习研究重建失败的复杂网络以对抗对抗性干预,发表在今年4月早些时候的自然通讯杂志上。

1月24日,中国科学院生物物理所研究员高光侠团队在《细胞》发表研究称,首次发现了新的宿主抗病毒因子,可抑制人类免疫缺陷病毒1型蛋白质翻译过程中的程序性-1位核糖体移码,从而抑制病毒在细胞内复制。

薛博士获得博士学位。去年获得2018年最佳论文奖的电气和计算机工程学院表示:了解关键蛋白质和基因的无形网络具有挑战性,对于设计针对病毒甚至癌症等疾病的新药或基因疗法极为重要。

程序性移码是病毒“弱点”

蛋白质相互作用网络将每种蛋白质模拟为节点。如果两种蛋白质相互作用,则会有一条连接它们的边缘。薛解释说:病毒攻击类似于删除该网络中的某些节点和链接。因此,原始网络不再可观察。

病毒的感染进程及致病性取决于病毒与宿主之间的相互作用。有些病毒感染宿主后可在体内持续存在,引起慢性传染性疾病,如HIV。它是逆转录病毒的一种,可感染人类免疫系统细胞,造成人类免疫系统缺陷,引起艾滋病。

有些网络是高度动态的。它们变化的速度可能极快或极慢,波格丹说。我们可能没有传感器来获得准确的测量结果。部分网络无法被观察到,因此变得不可见。

程序性-1位核糖体移码是HIV等病毒及部分细胞mRNA使用的一种蛋白质合成重编码机制,即核糖体通过后退一个核苷酸改变阅读框,绕过终止密码子,以翻译更多遗传信息。

为了追踪病毒攻击的影响,Bogdan和Xue需要通过找到对隐形部分的可靠估计来重建原始网络,这不是一件容易的事。波格丹说:挑战在于你没有看到链接,你没有看到节点,也不知道病毒的行为。为了解决这个问题,薛补充说:诀窍是依靠统计机器学习框架来追踪所有可能性并找到最可能的估计。

高光侠在接受《中国科学报》采访时表示,通过这种程序性移码机制,病毒能够以一条mRNA为模板,翻译产生两种不同的蛋白质,从而发挥不同的生物功能。

与之前的研究形成鲜明对比的是,实验室的新颖贡献在于,他们积极地将攻击的影响和因果关系或对抗性干预纳入他们的学习算法,而不是将其视为随机抽样过程。波格丹解释说,它的真正力量在于它的普遍性

在与病毒长期共存、对抗的过程中,宿主会进化出许多抗病毒机制,寻找病毒可被攻击的弱点,从而阻碍病毒扩展其遗传信息。“因此,在宿主抗病毒的过程中,针对病毒的程序性移码过程,应该有一种抗病毒机制存在。”高光侠说。

  • 它可以适用于任何类型的攻击和网络模型。

新型抗病毒因子可攻击病毒“弱点”

由于其提出的框架的普遍性,他们的研究对涉及对抗性攻击的任何网络重建问题具有深远的应用,涉及生态学,社会科学,神经科学和网络安全等多个领域。他们的论文还证明了它有能力确定巨魔和机器人对社交媒体用户的影响。

天然免疫是人体抗击病原体的第一道防线,其中干扰素是天然免疫重要的作用分子。研究人员发现,干扰素处理HIV-1感染的细胞时,干扰素本身能够抑制HIV-1的程序性移码过程。

Bogdan计划通过试验一系列攻击模型,更复杂和变化的数据集以及更大的网络规模来扩展他们的工作,以了解它们对重建网络的影响。

此外,由于干扰素可调控刺激ISGs基因的表达,因此研究人员猜测,干扰素很可能通过调控ISGs发挥作用。

接下来,通过对ISGs系列的近百个基因进行筛选,研究人员发现C19orf66基因的表达能够明显抑制HIV-1的程序性移码过程,研究人员将该基因命名为Shiftless,简称SFL。

“概括地讲,干扰素可以通过调控SFL的表达抑制HIV-1的程序性移码,进而抑制病毒的复制。”高光侠告诉《中国科学报》。

澳门新葡8455最新网站,对此,中山大学医学院院长、病毒学家郭德银表示,病毒的程序性移码是一个严格调控的过程。相比既往研究主要关注病毒RNA本身结构、序列信号以及病毒蛋白对程序性移码的影响,SFL这一新型抗病毒因子的发现,填补了该领域的空白,是近年来的一个重大突破。

SFL有望助攻艾滋病治疗

程序性移码不仅存在于HIV中,在大肠杆菌、酵母及其他高等生物中也普遍存在。

为进一步研究新型抗病毒因子SFL抑制程序性移码的机制是否具有普遍性,研究人员测试了来源于不同病毒体内的程序性移码过程,发现SFL对这些病毒的程序性移码都有抑制作用。“因此,SFL是具有广谱特性的宿主抗病毒因子。”高光侠说。

研究人员表示,深入研究病毒与宿主之间复杂的相互作用,一方面有利于深入了解病毒的复制和致病机制,另一方面还能为临床诊疗和新药研发提供新的靶点和理论基础。

郭德银认为,SFL调控机制的发现有可能为研发抗艾滋病药物提供新的途径。

“首先,SFL蛋白本身有可能作为一种新的抗病毒蛋白,人们或许可以通过改变SFL在体内的表达,进而达到抗病毒的目的;其次,病毒程序性移码过程也可能作为潜在的药物靶点,用于系统筛选小分子抗病毒抑制剂,并有望研发出新型的抗病毒临床药物。”郭德银说。

相关论文信息:DOI:10.1016/j.cell.2018.12.030

《中国科学报》 (2019-01-25 第1版 要闻)