中国科学家运用人工智能算法发现大量全新 RNA 病毒，大幅拓宽 RNA 病毒库

2024-10-10 13:37IT之家 - 远洋

IT之家 10 月 10 日消息，IT之家从中山大学官方微信公众号获悉，10 月 9 日，中山大学医学院施莽教授团队与阿里云李兆融团队在《细胞》（Cell）杂志上发表论文，报告了 180 个超群、超过 16 万种全球 RNA 病毒的发现，这是迄今为止规模最大的 RNA 病毒研究，大幅扩展了全球 RNA 病毒的多样性，该研究将人工智能技术应用于病毒鉴定，发现了传统方法未能发现的病毒“暗物质”，探索了病毒学研究的新路径。

据介绍，传统的病毒发现方法包括病毒分离和生命组学的生物信息学分析，高度依赖既有知识，面对 RNA 病毒这种高度分化、种类繁多且容易变异的病毒识别效率低。该研究团队开发的 LucaProt 人工智能算法能够对病毒和非病毒基因组序列深度学习，并在数据集中自主判断病毒序列。

据IT之家了解，LucaProt 是一种能够深度学习的 Transformer 模型，在大量学习病毒和非病毒基因组序列后，可以自主形成一套关于病毒的判断标准，从而在大量的 RNA 测序数据集中挖掘出病毒序列。在测试中，LucaProt 表现出极高的准确性和特异性，假阳性率为 0.014%，假阴性率为 1.72%。在与其他病毒挖掘工具的对比中，它也在处理较长序列的方面展现出优势。

利用 LucaProt，研究团队对来自全球生物环境样本的 10,487 份 RNA 测序数据进行病毒挖掘，发现了超过 51 万条病毒基因组，代表超过 16 万个潜在病毒种及 180 个 RNA 病毒超群（相当于门或纲的分类级别），使 RNA 病毒超群数量扩容约 9 倍。其中 23 个超群无法通过序列同源方法识别，被称为病毒圈的“暗物质”。

在这项研究中，团队报告了迄今最长的 RNA 病毒基因组，长度达到 47,250 个核苷酸；发现了超出以往认知的基因组结构，展现出 RNA 病毒基因组进化的灵活性；识别到多种病毒功能蛋白，特别是与细菌相关的功能蛋白，进一步表明还有更多类型的 RNA 噬菌体亟待探索。

研究指出，新发现的病毒分布在地球的各类生态环境中。总体上，落叶层、湿地、淡水和废水环境的病毒多样性最高。然而，在南极底泥、深海热泉、活性污泥和盐碱滩等极端环境中，RNA 病毒的多样性和丰度并不低，甚至在深海热泉的高温环境中，仍有 RNA 病毒在活跃复制。

LucaProt 虽然是一个专门为 RNA 病毒发现设计的模型，但它同时融合了对蛋白质序列和隐含结构信息识别的功能，也可用于蛋白质功能的鉴定。在论文中，研究团队开源了 LucaProt 模型，并通过在线网站分享给全球科学家。

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