病毒基因中的「暗物質」
感染細菌的病毒（噬菌體）基因組中，包含大量功能未知的「暗物質（dark matter）」。直到近幾年，科學家才逐漸開始理解這些基因的作用。幾年前，來自以色列「魏茲曼科學研究院（Weizmann Institute of Science）」的研究人員發現一類特殊蛋白，並將其命名為「海綿（sponge）」。這些蛋白具有多孔結構，能像海綿一樣吸附分子，但對病毒而言，它們不只是吸附工具，而是攻擊細菌免疫系統的武器，透過捕捉並截斷細菌用來傳遞警訊的免疫分子，使病毒能順利在細菌內繁殖。
AI揭開隱藏的蛋白家族
過去，由於這類蛋白在基因序列上的差異極大，因此難以辨識，已知案例相當有限。近期研究結合人工智慧與實驗方法，成功找出更多「海綿蛋白」。研究團隊發現，這些蛋白在結構上具有共同特徵：體積小、由重複單元組成，並具有帶正電的深層口袋，能吸附帶負電的免疫訊號分子。透過AlphaFold等AI工具，科學家得以從蛋白質結構（而非序列）推測其功能，並大規模篩選潛在候選蛋白。
從數千萬基因中找到關鍵線索
研究團隊分析了來自約200萬個噬菌體基因組、共3,200萬個基因，並預測其三維結構，從中找出超過120個符合條件的候選蛋白。接著，他們利用創新實驗方法，同時測試這些海綿蛋白對多種細菌免疫系統的影響。結果發現一個全新的蛋白家族，命名為「Lockin」，其結構呈環狀排列，能有效捕捉免疫警報分子。此外，透過X光晶體學，研究人員證實了AI預測的蛋白質結構，並進一步解析其作用機制。
人工智慧與人類觀察的結合
除了AI分析，研究中也展現人類觀察的重要性。例如，研究人員注意到某些已知海綿蛋白的基因常與其他基因融合，這個線索幫助他們辨識出另一個新的蛋白家族「Sequestin」。此外，一類名為「Acb5」的蛋白不僅能捕捉免疫分子，甚至還能將其切割。這很令人驚訝，因為它們缺乏典型的切割結構。這些發現顯示，即使在AI時代，人類的細微觀察仍是科學突破的重要關鍵。
病毒與細菌的長期軍備競賽
研究顯示，許多噬菌體同時攜帶多種干擾細菌免疫訊號的蛋白，形成一套完整的「武器庫」，並在與細菌的長期演化競爭中取得優勢。科學家也開始思考，是否感染植物、動物甚至人類的病毒也使用類似的機制。如果答案是肯定的，這些海綿蛋白未來可能成為抗病毒治療的新標的，而這套結合AI與結構分析的方法，也將成為探索未知蛋白功能的重要工具。
資料來源：
https://wis-wander.weizmann.ac.il/life-sciences/phage%E2%80%99s-deep-pockets
