Понедельник, 4 марта, 2024
ДомойТехнологииEVEscape: революция искусственного интеллекта в прогнозировании вариантов вирусов до их появления

EVEscape: революция искусственного интеллекта в прогнозировании вариантов вирусов до их появления

- Advertisement -

Исследователи из Гарвардской медицинской школы и Оксфордского университета разработали инструмент искусственного интеллекта EVEscape, предназначенный для прогнозирования появления вирусных вариантов. Первоначально основанная на модели под названием EVE, которая прогнозировала влияние мутаций генов на заболевания человека, EVEscape был адаптирован для вариантов вируса и подтвержден историческими данными о SARS-CoV-2. Этот инструмент может произвести революцию в разработке вакцин, надзоре за потенциальными пандемическими вирусами и способствовать более быстрому принятию решений в области общественного здравоохранения.

EVEscape предсказывает будущие вирусные мутации и новые варианты, используя эволюционную и биологическую информацию.

  • Новый инструмент искусственного интеллекта под названием EVEscape использует эволюционную и биологическую информацию, чтобы предсказать, как вирус может измениться, чтобы избежать действия иммунной системы.
  • Инструмент успешно предсказал наиболее тревожные новые варианты, произошедшие во время COVID-19 пандемия.
  • Исследователи говорят, что этот инструмент может помочь в разработке вакцин и методов лечения. SARS-CoV-2 и другие быстро мутирующие вирусы.

Пандемия COVID-19 казалась бесконечным парадом вариантов SARS-CoV-2, каждый из которых оснащен новыми способами уклонения от иммунной системы, заставляя мир готовиться к тому, что будет дальше.

Но что, если бы существовал способ прогнозировать новые варианты вируса до того, как они действительно появятся?

Новый инструмент искусственного интеллекта под названием EVEscape, разработанный исследователями Гарвардской медицинской школы и Оксфордский университетмогу сделать именно это.

Инструмент состоит из двух элементов: модели эволюционных последовательностей, которая предсказывает изменения, которые могут произойти с вирусом, и подробной биологической и структурной информации о вирусе. Вместе они позволяют EVEscape прогнозировать возможные варианты развития вируса.

В исследовании, опубликованном сегодня (11 октября) в журнале ПриродаИсследователи показывают, что если бы EVEscape был развернут в начале пандемии COVID-19, он бы предсказывал наиболее частые мутации и идентифицировал наиболее опасные варианты SARS-CoV-2. Инструмент также сделал точные прогнозы относительно других вирусов, включая ВИЧ и грипп.

Сейчас исследователи используют EVEscape, чтобы заглянуть в будущее SARS-CoV-2 и предсказать будущие опасные варианты; каждые две недели они публикуют рейтинг новых вариантов. В конечном итоге эта информация может помочь ученым разработать более эффективные вакцины и методы лечения. Команда также расширяет работу, включив в нее больше вирусов.

«Мы хотим знать, сможем ли мы предвидеть вариации вирусов и спрогнозировать новые варианты — потому что, если мы сможем, это будет чрезвычайно важно для разработки вакцин и методов лечения», — сказала старший автор Дебора Маркс, доцент кафедры системной биологии в Блаватнике. Институт при ГМС.

От EVE к EVEscape

Исследователи впервые разработали КАНУН, сокращение от эволюционной модели вариантного эффекта, в другом контексте: генные мутации, вызывающие заболевания человека. Ядром EVE является генеративная модель, которая учится предсказывать функциональность белков на основе крупномасштабных эволюционных данных по всему миру. разновидность.

В предыдущем исследованииEVE позволила исследователям отличать вызывающие заболевания мутации от доброкачественных в генах, связанных с различными состояниями, включая рак и нарушения сердечного ритма.

«Вы можете использовать эти генеративные модели, чтобы узнать удивительные вещи из эволюционной информации — данные содержат скрытые секреты, которые вы можете раскрыть», — сказал Маркс.

По мере развития и развития пандемии COVID-19 мир был застигнут врасплох впечатляющей способностью SARS-CoV-2 развиваться. Вирус продолжал трансформироваться, изменяя свою структуру тонкими и существенными способами, чтобы ускользнуть от вакцин и методов лечения, предназначенных для его победы.

«Мы недооцениваем способность вещей мутировать, когда они находятся под давлением, и у нас есть большая популяция, которая может это сделать», — сказал Маркс. «Вирусы гибки — они как будто эволюционировали, чтобы развиваться».

Наблюдая за развитием пандемии, Маркс и ее команда увидели возможность помочь: они перестроили EVE в новый инструмент под названием EVEscape, предназначенный для прогнозирования вирусных вариантов.

Они взяли генеративную модель из EVE, которая может предсказывать мутации в вирусных белках, которые не будут влиять на функционирование вируса, и добавили биологические и структурные подробности о вирусе, включая информацию об областях, наиболее легко подвергающихся воздействию иммунной системы.

«Мы берем биологическую информацию о том, как работает иммунная система, и наслаиваем ее на наши знания, полученные из более широкой истории эволюции вируса», — объяснила соведущий автор Николь Тадани, бывший научный сотрудник лаборатории Маркса.

Такой подход, подчеркнул Маркс, означает, что EVEscape имеет гибкую структуру, которую можно легко адаптировать к любому вирусу.

Поворот времени вспять

В новом исследовании команда перевела время назад, в январь 2020 года, незадолго до начала пандемии COVID-19. Затем они попросили EVEscape предсказать, что произойдет с SARS-CoV-2.

«Как будто у вас есть машина времени. Вы возвращаетесь к первому дню и говорите: «У меня есть только эти данные, что я скажу, что происходит?» — сказал Маркс.

EVEscape предсказал, какие мутации SARS-CoV-2 возникнут во время пандемии. точность аналогично экспериментальным подходам, которые проверяют способность вируса связываться с антителами, вырабатываемыми иммунной системой. EVEscape превзошёл экспериментальные подходы в предсказании того, какая из этих мутаций будет наиболее распространенной. Что еще более важно, EVEscape мог делать свои прогнозы быстрее и эффективнее, чем лабораторное тестирование, поскольку ему не нужно было ждать, пока соответствующие антитела появятся в популяции и станут доступны для тестирования.

Кроме того, EVEscape предсказал, какие методы лечения на основе антител потеряют свою эффективность по мере развития пандемии и появления у вируса мутаций, позволяющих избежать этого лечения.

Инструмент также смог проанализировать десятки тысяч новых вариантов SARS-CoV-2, производимых каждую неделю, и определить те из них, которые, скорее всего, станут проблематичными.

«Быстро определяя уровень угрозы новых вариантов, мы можем помочь принять более ранние решения в области общественного здравоохранения», — сказала соавтор Сара Гурьев, аспирантка лаборатории Маркса программы «Электротехника и информатика» в Университете Маркса. Массачусетский технологический институт.

На последнем этапе команда продемонстрировала, что EVEscape можно распространить на другие распространенные вирусы, включая ВИЧ и грипп.

Разработка устойчивых к мутациям вакцин и методов лечения

В настоящее время команда применяет EVEscape к SARS-CoV-2 в режиме реального времени, используя всю доступную информацию для прогнозирования того, как он может развиваться дальше.

Исследователи публикуют раз в две недели рейтинг новых вариантов SARS-CoV-2 на своем веб-сайте и поделиться этой информацией с такими организациями, как Всемирная организация здравоохранения. полный код для EVEscape также находится в свободном доступе в Интернете.

Они также тестируют EVEscape на малоизученных вирусах, таких как Ласса и Нипах, двух патогенах с пандемическим потенциалом, о которых существует относительно мало информации.

Исследователи отметили, что такие менее изученные вирусы могут оказать огромное влияние на здоровье людей во всем мире.

Еще одним важным применением EVEscape может стать оценка вакцин и методов лечения нынешних и будущих вариантов вируса. Возможность сделать это может помочь ученым разработать методы лечения, способные противостоять механизмам бегства, которые приобретает вирус.

«Исторически разработка вакцин и методов лечения была ретроспективной, медленной и привязанной к точным последовательностям, известными о конкретном вирусе», — сказал Тадани.

Нур Юсеф, научный сотрудник лаборатории Маркса, добавил: «Мы хотим выяснить, как мы можем на самом деле разрабатывать вакцины и методы лечения, которые будут ориентированы на будущее».

Ссылка: «Изучение предпандемических данных для прогнозирования утечки вируса», 11 октября 2023 г., Природа.
DOI: 10.1038/s41586-023-06617-0

Среди других авторов статьи — Паскаль Нотин, Натан Роллинз, Дэниел Риттер, Крис Сандер и Ярин Гал.

Финансирование исследования было предоставлено фондом Национальные институты здоровья (GM141007-01A1), Коалиция за инновации в области обеспечения готовности к эпидемиям, Инициатива Чана Цукерберга, GSK, Британский исследовательский совет по инженерным и физическим наукам и Институт Алана Тьюринга.

Маркс является консультантом Dyno Therapeutics, Octant, Jura Bio, Tectonic Therapeutic и Genentech, а также соучредителем Seismic Therapeutic. Сандер — советник CytoReason Ltd.

Исходная ссылка

- Advertisement -

Популярное по теме