השפה הסודית של נגיפי ההרפס, וה-AI שלמדה לקרוא אותה

נגיפי ההרפס חודרים בשקט. הם מתחבאים בגוף, לעיתים במשך עשורים, ואז – לעיתים קרובות ללא אזהרה – מתעוררים וחוזרים לפעילות. מדענים כבר הכירו את הגנים המעורבים בתהליך, אך התקשו להבין את המנגנון שגורם לנגיפים להישאר רדומים, ואז לפתע להתעורר לפעולה. מחקר חדש של פרופ' מאיר שמאי, שפורסם בכתב העת Nature Communications, מציע פתרון לבעיה זו, תוך שימוש ביכולותיה של הבינה המלאכותית.

המתגים הנסתרים בתוך ה-DNA הנגיפי
פרופ' מאיר שמאי מהפקולטה לרפואה של בר-אילן שבגליל, ושותפיו למחקר נילאבג'ה רוי צ'ודהורי, דיפאנוואי גוסאל וויאצ'סלב (סלבה) גורביץ', בנו כלי בינה מלאכותית המסוגל לסרוק DNA נגיפי ולאתר את ה"מתגים" השולטים בפעילות הגנים של הנגיף. "גנים הם כמו מכונות – אך מכונות אינן פועלות, אם איש לא לוחץ על מתג ההפעלה", מסביר פרופ' שמאי. "ב-DNA, מתגי ההגברה האלה נקראים אנהנסרים (Enhancers). האנהנסרים אינם מייצרים חלבונים בעצמם, אלא שולטים בעוצמת ההפעלה של גנים אחרים, מתי הם יתעוררו ובאילו תנאים".

אלא שבמקרה של נגיפים, קשה במיוחד למצוא את האנהנסרים הללו, מכיוון שה-DNA הנגיפי קצר, צפוף ולעיתים קרובות מבצע מספר תפקידים במקביל. לכן, עד כה, מיפוי המתגים הללו דרש עבודת מעבדה איטית ומורכבת.

ללמד את הבינה המלאכותית לקרוא DNA כשפה
צוות המחקר של בר-אילן נקט בגישה שונה: הם התייחסו ל-DNA כאל שפה. "בדיוק כפי שמשפטים עוקבים אחר חוקי דקדוק, כך גם ה-DNA עוקב אחר דפוסים מסוימים", אומר פרופ' שמאי. "לכן, אימנו מודל שפה – הדומה בבסיסו לכלים המשמשים להבנת טקסט אנושי – על שישה רצפי אנהנסרים שגילינו במחקר קודם על נגיף הרפס אחד. זה הכל, רק שש דוגמיות".

בשלב הבא, שאלו החוקרים את המודל, אותו הם כינו ENHAvir, שאלה נועזת: האם המודל יוכל לזהות את ה"דקדוק" של האנהנסרים גם בנגיפי הרפס אחרים?

מציאת מרכז הבקרה של הנגיף
התשובה הייתה חיובית. ENHAvirהצליח לזהות בהצלחה אנהנסרים אמיתיים ופעילים במגוון רחב של נגיפי הרפס אנושיים, כולל נגיף אפשטיין-בר(EBV) , הרפס סימפלקס (HSV) וציטומגלו-וירוס (CMV). הצוות בחן אותם במעבדה ואישר כי אזורי ה-DNA הללו אכן מתפקדים כמתגי גנים.

תגלית אחת בלטה במיוחד: "בכל נגיפי ההרפס יש רצף חוזרני בקצוות הגנום (Terminal repeat). מודל ה-AI חזה שאותו רצף חוזרני בכל נגיפי ההרפס הוא אנהנסר, ואכן נראה שזהו מתג מאד חזק, 'סופר-אנהנסר', שמבקר את מחזור החיים של הנגיף", מספר פרופ' שמאי.

מדוע זה חשוב?
היכולת לאתר את המתגים הללו היא צעד קריטי לקראת פיתוח טיפולים חדשים. אם המדענים ידעו היכן נמצא ה"מפסק" שמעורר את הנגיף מרבצו, הם יוכלו בעתיד לפתח תרופות ש"ינעלו" את המתג במצב כבוי, ובכך ימנעו מהנגיף להתפרץ ולגרום למחלות.

בנוסף, הכלי שפותח בבר-אילן מדגים את כוחה של הבינה המלאכותית בתחום הביולוגיה: היכולת ללמוד מחוקיות של דוגמאות בודדות ולהקיש מהן על מערכות ביולוגיות מורכבות ורחבות הרבה יותר.

לתוכניות הלימודים ברפואה