Jaka przyszłość czeka pandemię COVID-19? Sztuczna inteligencja pomoże ją przewidzieć

Pandemia COVID-19 jeszcze nie odpuściła i tak naprawdę nikt nie wie, kiedy się skończy. Czy można to przewidzieć? Pomóc może w tym sztuczna inteligencja.
Jaka przyszłość czeka SARS-CoV-2? Sztuczna inteligencja zna odpowiedź? /Fot. Pixabay
Jaka przyszłość czeka SARS-CoV-2? Sztuczna inteligencja zna odpowiedź? /Fot. Pixabay

Wirusy mutują w sposób losowy i nikt nie jest w stanie powiedzieć, jak długo SARS-CoV-2 będzie ewoluował. Nie wiadomo, jakie warianty koronawirusa będą dominować w następnych latach, bo nie wiadomo, jakie warianty się pojawią. Teoretycznie nie ma praktycznie żadnych ograniczeń co do sposobów, w jakie wirus może mutować. Tylko w regionie białka S SARS-CoV-2 istnieją dziesiątki miliardów możliwych mutacji.

Czytaj też: Sztuczna inteligencja jak ludzki mózg. Uruchomiono najpotężniejszy w historii model

Naukowcy z ETH Zurich pod kierownictwem prof. Sai Reddy postawili na bardziej kompleksowe podejście. Wykorzystali uczenie maszynowe do próby przewidzenia, jaki wariant SARS-CoV-2 zdominuje kolejne lata i potencjalnie, jak go zwalczać. Szczegóły opisano w czasopiśmie Cell.

Jak będzie mutował SARS-CoV-2?

Zespół prof. Reddy’ego wykorzystał eksperymenty laboratoryjne do wygenerowania dużej kolekcji zmutowanych wariantów białka S SARS-CoV-2. Naukowcy nie pracowali na całych wirionach, a jedynie białkach S, dlatego nie było niebezpieczeństwa wycieku patogenu z laboratorium.

Czytaj też: Maseczki aż tysiąckrotnie zmniejszają ryzyko zakażenia COVID-19. Zachowywanie dystansu? Nie działa

Białko S wchodzi w interakcję z białkiem ACE2 na ludzkich komórkach, a przeciwciała pochodzące ze szczepień lub infekcji blokują czasowo ten mechanizm. Badania wykazały, że wiele mutacji w poszczególnych wariantach SARS-CoV-2 ma miejsce właśnie w tym regionie. To pozwala wirusowi unikać układ odpornościowy i dalej się rozprzestrzeniać.

Chociaż zbiór zmutowanych wariantów, który przeanalizowano, obejmuje jedynie niewielką część z kilku miliardów teoretycznie możliwych wariantów, zawiera on milion takich odmian. Naukowcy określili, jak skutecznie te warianty oddziałują z białkiem ACE2 i z istniejącymi terapiami przeciwciałami. Wskazuje to, jak dobrze poszczególne potencjalne warianty mogłyby zainfekować ludzkie komórki i jak dobrze mogłyby uciec przed przeciwciałami. Wyszkolono modele uczenia maszynowego do przewidzenia, jak koronawirus będzie zachowywał się w przyszłości.

Wirus kontra maszyna

Nowa metoda pomoże w opracowaniu kolejnej generacji terapii przeciwciałami. W USA i Europie jest kilka leków zawierających przeciwciała do zwalczania SARS-CoV-2 – spośród nich pięć zostało wycofanych z użycia klinicznego, a wiele innych w trakcie rozwoju klinicznego zostało przerwanych, ponieważ nie mogły już neutralizować wariantu Omikron. Nowa metoda może być zastosowana do identyfikacji, które przeciwciała wykazują najszersze spektrum działania.

Prof. Sai Reddy mówi:

Uczenie maszynowe mogłoby wspierać rozwój leków, umożliwiając badaczom identyfikację, które przeciwciała mają potencjał, aby być najbardziej skuteczne przeciwko obecnym i przyszłym wariantom.

Naukowcy współpracują już z firmami biotechnologicznymi, które opracowują terapie przeciwciałami COVID-19 następnej generacji. Dodatkowo, metoda opracowana w ETH Zurich może być zastosowana do wsparcia rozwoju szczepionek przeciwko COVID-19 następnej generacji.

Czytaj też: Nowy wirus w Chinach wywoła kolejną pandemię? Badacze zwracają uwagę na coś zupełnie innego

Prof. Sai Reddy podsumowuje:

Oczywiście nikt nie wie, który wariant SARS-CoV-2 pojawi się jako następny. Ale to, co możemy zrobić, to zidentyfikować kluczowe mutacje, które mogą być obecne w przyszłych wariantach, a następnie pracować nad opracowaniem szczepionek z wyprzedzeniem, które zapewniają szerszy zakres ochrony przed tymi potencjalnymi przyszłymi wariantami.