Các nhà khoa học Mỹ dùng AI vạch trần “công tắc tử huyệt”, chặn vi rút ngay cửa ngõ xâm nhập tế bào - Ảnh: FREEPIK
Các nhà khoa học tại Đại học Washington State (Mỹ) vừa đạt được bước tiến quan trọng khi sử dụng trí tuệ nhân tạo (AI) để xác định một "công tắc" phân tử ẩn mà vi rút herpes dựa vào để xâm nhập tế bào. Bằng cách can thiệp vào điểm yếu này, họ đã ngăn chặn thành công quá trình lây nhiễm ngay từ cửa ngõ, mở ra triển vọng mới cho các liệu pháp kháng vi rút trong tương lai.
Nghiên cứu được công bố trên tạp chí Nanoscale tập trung vào việc giải mã và vô hiệu hóa cơ chế xâm nhập của vi rút. Giáo sư Jin Liu, tác giả chính của nghiên cứu, nhận định rằng vi rút rất "khôn ngoan" với quy trình xâm nhập tế bào vô cùng phức tạp, liên quan đến vô số tương tác phân tử. Trong mớ hỗn độn đó, phần lớn chỉ là những tương tác nền không quan trọng, nhưng có những điểm mấu chốt mang tính quyết định sự sống còn của vi rút.
Nhóm nghiên cứu đã tập trung vào protein "dung hợp" (fusion protein) - công cụ mà vi rút herpes sử dụng để hòa màng và chui vào bên trong tế bào vật chủ. Do sự phức tạp và khả năng thay đổi hình dạng linh hoạt của loại protein này, việc phát triển vắc xin hoặc thuốc đặc trị hiệu quả cho các vi rút thuộc họ herpes vẫn luôn là một thách thức lớn đối với y học trong nhiều năm qua.
Để giải bài toán hóc búa này, các nhà nghiên cứu đã kết hợp mô phỏng phân tử chi tiết với các thuật toán học máy. Thay vì thực hiện hàng nghìn thí nghiệm "mò mẫm", họ sử dụng AI để phân tích và sàng lọc hàng nghìn tương tác tiềm năng bên trong cấu trúc protein.
Công nghệ này giúp họ tách biệt những tín hiệu nhiễu để tìm ra đúng một axit amin đơn lẻ đóng vai trò "chìa khóa" trong quá trình xâm nhập của vi rút.
Sau khi AI chỉ điểm được vị trí chiến lược, nhóm nghiên cứu đã chuyển sang thử nghiệm thực tế trong phòng thí nghiệm vi sinh.
Bằng cách tạo ra một đột biến có chủ đích tại đúng axit amin đó, họ phát hiện ra rằng vi rút đã bị vô hiệu hóa hoàn toàn khả năng hợp nhất với màng tế bào. Kết quả là vi rút bị chặn đứng bên ngoài và không thể gây nhiễm trùng.
Theo Giáo sư Liu, sự kết hợp giữa tính toán lý thuyết và thực nghiệm đã mang lại hiệu quả vượt bậc. Nếu chỉ dựa vào phương pháp thử-và-sai truyền thống để kiểm tra từng tương tác một trong phòng thí nghiệm, các nhà khoa học có thể phải mất hàng năm trời mới tìm ra kết quả tương tự. Việc sử dụng máy tính để thu hẹp phạm vi tìm kiếm đã giúp tiết kiệm thời gian và nguồn lực đáng kể.
Mặc dù đã xác định được điểm yếu chí mạng này, nhóm nghiên cứu cho biết vẫn còn nhiều điều cần khám phá về cách một thay đổi nhỏ ở cấp độ phân tử có thể tác động lan truyền đến cấu trúc tổng thể của protein vi rút.
Tuy nhiên, thành công này đã chứng minh sức mạnh của AI trong y sinh học, mở ra một hướng đi hoàn toàn mới cho việc thiết kế các loại thuốc kháng vi rút: chuyển từ việc tìm kiếm thụ động sang thiết kế chủ động và chính xác dựa trên mô phỏng máy tính.
