ბაქტერიები ვირუსებს სპეციალური მოლეკულური მექანიზმებით ებრძვიან, რომელთა დიდი ნაწილიც მეცნიერებისთვის აქამდე უცნობი იყო. ჟურნალ Science-ში გამოქვეყნებულ ორ დამოუკიდებელ კვლევაში აღწერილია მანქანური სწავლების ალგორითმები, რომლებიც ბაქტერიების გენომების სკრინინგისა და იმ ცილების გამოსავლენად გამოიყენეს, რომლებიც მიკროორგანიზმებს ვირუსული ინფექციებისგან იცავს. ჩატარებულმა ანალიზებმა ასობით ათასი პოტენციური ანტივირუსული ცილა გამოავლინა, რომელთა გამოყენებაც სამომავლოდ ბიოტექნოლოგიების განვითარებისთვის შეიძლება. მადრიდის ეროვნული ბიოტექნოლოგიური ცენტრის მიკრობიოლოგის, ხოსე ანტონიო ესკუდეროს შეფასებით, ეს მონაცემები ნებისმიერი ბიოქიმიკოსისთვის უმნიშვნელოვანეს რესურსს წარმოადგენს.
ცნობილია, რომ ბაქტერიების ანტივირუსული იმუნური სისტემების წინა აღმოჩენებს შორისაა გენების რედაქტირების სისტემა CRISPR-Cas9 და დნმ-ის დაჭრის უნარის მქონე რესტრიქციული ენზიმები, რომლებიც უკვე აქტიურად გამოიყენება გენური ინჟინერიის მოლეკულურ ინსტრუმენტებად. მასაჩუსეტსის ტექნოლოგიური ინსტიტუტის მიკრობიოლოგი და ერთ-ერთი კვლევის თანაავტორი, მაიკლ ლაუბი აღნიშნავს, რომ არსებობს მოლოდინი, რომ ამ ახალი სისტემებიდან შესაძლოა მომდევნო თაობის მოლეკულური ინსტრუმენტები შეიქმნას. ესკუდერო ამატებს, რომ ბაქტერიის გენომის დიდი ნაწილი კვლავ შეუსწავლელია და ბევრი გენის ფუნქცია თუ ბუნება ჯერ კიდევ გაურკვეველი რჩება. წინა კვლევები აჩვენებდა, რომ ბაქტერიები ვირუსების წინააღმდეგ დასაცავად 250-ზე მეტ ცილას იყენებენ, თუმცა უკვე არსებობდა ვარაუდი ბაქტერიული იმუნური სისტემის ბევრად უფრო ფართო მასშტაბების შესახებ.
პარიზის პასტერის ინსტიტუტის მიკრობიოლოგისა და ერთ-ერთი სტატიის თანაავტორის, ოდ ბერნჰაიმის თქმით, მთავარ კითხვას სწორედ ამ მრავალფეროვნების მასშტაბი და მისი პროგნოზირების შესაძლებლობა წარმოადგენდა. ამ მიზნით, ბერნჰაიმმა და მისმა კოლეგებმა ცილებისა და გენომური მონაცემების ანალიზისთვის ღრმა სწავლების (Deep Learning) მოდელები გამოიყენეს, რათა ბაქტერიული იმუნიტეტის სრული მრავალფეროვნება გამოევლინათ. ანალიზის შედეგად დადგინდა, რომ საშუალოდ ბაქტერიული გენომის დაახლოებით 1.5% შედგება იმ გენებისგან, რომლებიც ანტივირუსულ იმუნიტეტში მონაწილე ცილებს აკოდირებს, რაც სამჯერ აღემატება წინა შეფასებებს. გარდა ამისა, პროგნოზირებული ცილოვანი ოჯახების 85%-ზე მეტი ადრე იმუნიტეტთან დაკავშირებული არ ყოფილა. ლაბორატორიულმა ექსპერიმენტებმა ორ ბაქტერიაში (Escherichia coli და Streptomyces albus) 12 ისეთი ე.წ. „ანტიფაგური“ სისტემის არსებობა დაადასტურა, რომლებიც ბაქტერიოფაგებს ებრძვიან და აქამდე ანტივირუსულ დაცვასთან არ ასოცირდებოდნენ.
მეორე კვლევაში ლაუბმა და მისმა კოლეგებმა შექმნეს მანქანური სწავლების ინსტრუმენტი სახელად DefensePredictor, რომელიც გენებისა და ცილების მონაცემების საფუძველზე ბაქტერიულ იმუნურ ცილებს პროგნოზირებს. 17,000 ბაქტერიული გენომის ანალიზის საფუძველზე შექმნილი მოდელი E. coli-ს 69 სხვადასხვა შტამში გამოიცადეს, რის შედეგადაც მან იმუნურ სისტემებთან დაკავშირებული 624 ცილა დაასახელა. მათგან 100-ზე მეტი ადრე უცნობი იყო, ხოლო ლაბორატორიულმა ექსპერიმენტებმა 42 შემთხვევაში მათი დამცავი ფუნქცია პრაქტიკულად დაადასტურა. ორივე კვლევა ერთ დასკვნამდე მიდის: მეცნიერები აქამდე სათანადოდ ვერ აფასებდნენ ბაქტერიული იმუნური სისტემების რაოდენობასა და მრავალფეროვნებას.
აღსანიშნავია, რომ ლაუბმა და მისმა კოლეგებმა DefensePredictor ონლაინ სივრცეში თავისუფლად ხელმისაწვდომი გახადეს, ისევე როგორც ბერნჰაიმის გუნდმა, რომელმაც შექმნა ღია ბაზა DefenseFinder, სადაც 44,000-ზე მეტი პროგნოზირებული ანტივირუსული სისტემაა თავმოყრილი. მკვლევრებს უკვე შეუძლიათ ამ ღია რესურსების გამოყენება ახლად აღმოჩენილი ცილების ანტივირუსული თვისებების შესამოწმებლად. ლაუბის გუნდი აქტიურად სწავლობს, თუ როგორ ამოიცნობენ ეს სისტემები ფაგის ინფექციას და აჩერებენ მის გამრავლებას მოლეკულურ დონეზე. სამომავლოდ, ამ იმუნური სისტემების კვლევამ შესაძლოა ხელი შეუწყოს ახალი ანტივირუსული პრეპარატებისა და ზუსტი მოლეკულური ინსტრუმენტების შექმნას, ასევე იმუნიტეტის ევოლუციური ისტორიის უკეთ გააზრებას. როგორც ლაუბი აღნიშნავს, სულ უფრო აშკარა ხდება, რომ ძუძუმწოვრების იმუნიტეტის ზოგიერთი ასპექტი სწორედ ბაქტერიებიდან იღებს სათავეს. ბერნჰაიმის დასკვნით კი, ეს კვლევები აფართოებს მიკრობიოლოგიის საზღვრებს და ახალ წარმოდგენას გვიქმნის სიცოცხლის სხვადასხვა ფორმაში იმუნიტეტის არსზე.
