瑞士科學(xué)家研制出一種新型人工智能(AI)工具，可以預(yù)測包括新冠病毒在內(nèi)的冠狀病毒未來可能會出現(xiàn)何種變種;眾多潛在變種中，哪種會感染人類細(xì)胞以及是否會被免疫系統(tǒng)產(chǎn)生的抗體中和;哪種會成為未來的主流變種等，有望促進(jìn)下一代抗體療法及疫苗的研發(fā)，為制訂公共衛(wèi)生政策提供重要參考。相關(guān)研究刊發(fā)于最新一期《細(xì)胞》雜志。

為了創(chuàng)建這一新型AI工具，蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院生物系統(tǒng)科學(xué)與工程系的賽·雷迪教授及其團(tuán)隊(duì)，利用實(shí)驗(yàn)室產(chǎn)生了大約100萬個(gè)新冠病毒刺突蛋白變種，它們攜帶不同的突變和突變組合。刺突蛋白會與人類細(xì)胞上的血管緊張素轉(zhuǎn)化酶2(ACE2)蛋白相互作用以感染人類，通過疫苗接種、感染或抗體療法獲得的抗體通過阻斷這一機(jī)制發(fā)揮作用。新冠病毒變體內(nèi)的許多突變發(fā)生在該區(qū)域，這使病毒能夠逃避免疫系統(tǒng)并繼續(xù)傳播。

通過進(jìn)行高通量實(shí)驗(yàn)并對這約100萬個(gè)變種的DNA進(jìn)行測序，研究人員確定了這些變種如何與ACE2蛋白和現(xiàn)有抗體療法相互作用，揭示了單個(gè)潛在的變種可以感染人類細(xì)胞的程度，以及它們可以逃避抗體的程度。

隨后，研究人員利用收集的數(shù)據(jù)訓(xùn)練機(jī)器學(xué)習(xí)模型，這些模型能夠識別復(fù)雜的模式——只給出一種新變體的DNA序列，就可以準(zhǔn)確預(yù)測它能否與ACE2結(jié)合以感染和逃避中和抗體。最終機(jī)器學(xué)習(xí)模型可以用來預(yù)測數(shù)百億種理論上可能的變體，包括單突變和組合突變，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過實(shí)驗(yàn)室測試的百萬種。

研究人員表示，新方法有助于開發(fā)下一代抗體療法，目前科學(xué)家們已經(jīng)研制出了一些抗體，該方法可以確定哪些抗體具有最廣泛的活性，也有望促進(jìn)下一代新冠肺炎疫苗的開發(fā)。雷迪說：“沒有人知道接下來會出現(xiàn)哪種新冠病毒變種，我們能做的是識別未來變體中可能存在的關(guān)鍵突變，提前研發(fā)疫苗。”當(dāng)新變種出現(xiàn)時(shí)，該方法還可以快速預(yù)測現(xiàn)有疫苗產(chǎn)生的抗體是否有效，由此加快與疫苗接種相關(guān)的決策過程。相關(guān)技術(shù)也適用于流感病毒等。(記者 劉霞)

關(guān)鍵詞： 瑞士科學(xué)家 新冠病毒 蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院生物系統(tǒng)科學(xué) 機(jī)器學(xué)習(xí)模型