Cell：操纵人工智能为将来的冠状病毒变体做预备

在一项新的研究中，一个研究团队操纵人工智能猜测将来可能呈现的SARS-CoV-2变体，以便更好地开辟疫苗和药物加以应对。

作者： 生物谷来历： 生物谷2022-09-15 13:22:16

SARS-CoV-2正在不竭地变异，每种新的变体常常让世界措手不和。以客岁11月呈现的高度变异的奥密克戎（Omicron）为例，它要求卫生政府制订一种快速反映策略，虽然最初对一些主要问题雷竞技没有谜底：接种疫苗的人和之前被传染的人对这类新变体的庇护水平若何？抗体疗法对这类病毒变体是不是依然有用？

在一项新的研究中，瑞士苏黎世联邦理工学院生物系统科学与工程系的Sai Reddy传授带领的一个研究团队现在开辟出一种利用人工智能回覆此类问题的方式，乃至有可能在新变体呈现后当即及时回覆。相干研究成果在2022年8月31日在线颁发在Cell期刊上，论文题目为“Deep Mutational Learning Predicts ACE2 Binding and Antibody Escape to Combinatorial Mutations in the SARS-CoV-2 Receptor Binding Domain”。

摸索浩繁的潜伏变体

因为病毒是随机变异的，没有人可以或许切当地知道SARS-CoV-2在将来几个月和几年内将若何演化，和哪些变体将在将来占有主导地位。从理论上讲，一种病毒的变异体例几近没有限制。即便斟酌到病毒的一个小区域--- SARS-CoV-2的刺突卵白---也是如斯，它对病毒传染和免疫系统的检测很主要。仅在这个区域就稀有百亿个理论上可能的突变。

这就是为何这类新方式采纳了一种周全的方式：对这浩繁潜伏的病毒变体中的每种变体，该方式可猜测它是不是可以或许传染人体细胞，和它是不是会被免疫系统发生的抗体中和，这些抗体在接种疫苗的人和康复者中发现。极有可能的是，埋没在所有这些潜伏变体中的一种变体将主导COVID-19年夜风行的下一个阶段。

合成进化和机械进修

为了成立他们的方式，Reddy和他的团队操纵尝试室尝试发生了SARS-CoV-2刺突卵白的一多量变体。他们没有发生活病毒或操纵活病毒展开尝试，相反，他们只发生了SARS-CoV-2刺突卵白的一部门，是以没有尝试室泄露的危险。

刺突卵白与人体细胞概况上的ACE2卵白彼此感化以便这类病毒传染可以或许传染人体细胞，而来自疫苗接种、传染或抗体疗法的抗体经由过程阻断这一机制阐扬感化。SARS-CoV-2变体的很多突变都产生在这个区域，这使得这类病毒可以或许遁藏免疫系统并继续传布。

虽然这些作者阐发的一多量变体只包罗理论上可能存在的几十亿个变体---这在尝试室情况中是不成能测试的---中的一小部门，但它确切包括一百万个如许的变体。这些变体带有分歧的突变或突变组合。

经由过程对这一百万个变体的进行高通量尝试和DNA测序，这些作者肯定了这些变体若何成功地与ACE2卵白和现有抗体疗法彼此感化。这可注解每种潜伏变体可以或许多好地传染人类细胞，和它们可以或许多好地回避抗体。

这些作者操纵这些搜集到的数据来练习机械进修模子，该模子可以或许辨认复杂的模式，并且当只给出一种新变体的DNA序列时，可以正确地猜测它是不是能与ACE2连系进行传染并回避中和抗体的影响。终究的机械进修模子现在可以用来对理论上可能存在的数百亿个变体进行这些猜测，这些变体有的具有单一突变，有的具有组合突变，而且远远跨越了尝试室中测试的一百万个变体。

下一代抗体疗法

这类新方式将有助在开辟下一代抗体疗法。此中几种抗体药物是为医治最初的SARS-CoV-2病毒而开辟的，并被核准在美国和欧洲利用。在这些药物中，有五种抗体药物被从临床利用中剔除，还很多正在进行临床开辟的药物因为不克不及再中和奥密克戎变体而被住手利用。为了应对这一挑战，这类新方式可用在辨认哪些抗体具有最普遍的活性。

Reddy说，“机械进修可以撑持抗体药物开辟，令人们可以或许肯定哪些抗体有可能对当前和将来的变体最有用。” 这些作者已与正在开辟下一代COVID-19抗体疗法的生物手艺公司合作。

辨认可以或许回避免疫的变体

另外，苏黎世联邦理工学院开辟的这类方式可能可以或许用在撑持下一代COVID-19疫苗的开辟。此中的要害是肯定那些依然与ACE2卵白连系因此可以传染人体细胞但不克不及被接种疫苗者和康复者体内的抗体中和的病毒变体。换句话说，就是可以或许回避人类免疫反映的变体。奥密克戎变体确切是这类环境，它逃过了年夜大都抗体，这个冬季在接种疫苗者和之前的传染者中造成了很多冲破性传染。是以，与抗体疗法近似，假如疫苗可以或许引诱出对将来潜伏病毒变体供给庇护的抗体，这是一个重年夜的优势。

Reddy说，“固然，没有人知道SARS-CoV-2的哪一种变体味鄙人一步呈现。但我们能做的是肯定将来变体中可能存在的要害突变，然后尽力提早开辟疫苗，对这些潜伏的将来变体供给更普遍的庇护。”

为公共卫生做出更快的决议计划

最后，这类机械进修方式还可以撑持公共卫生决议计划，由于当一种新的变体呈现时，它可以敏捷对现有疫苗发生的抗体是不是有用做出猜测。经由过程这类体例，它可以加速与疫苗接种有关的决议计划进程。例如，接管过某种疫苗的人发生的抗体可能对一种新变体无效，是以应尽快接管增强疫苗接种。

Reddy指出，这类手艺也能够合用在其他正在传布的病毒，如流感病毒，由于猜测将来的流感病毒变体可能撑持季候性流感疫苗的开辟。

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