Un nuovo strumento di intelligenza artificiale potrebbe rendere i futuri vaccini ‘a prova di variante
Un nuovo strumento di intelligenza artificiale potrebbe garantire la protezione dei futuri vaccini contro le varianti.
Uno nuovo strumento di intelligenza artificiale (AI) che predice le mutazioni virali potrebbe guidare i trattamenti per COVID-19 – e la prossima pandemia.
Il sistema, chiamato EVEscape, è stato sviluppato presso la Harvard Medical School e l’Università di Oxford. Nei test, lo strumento ha previsto con precisione le varianti più preoccupanti e frequenti del virus SARS-CoV-2 emerse durante la pandemia.
Uno studio pubblicato la scorsa settimana su Nature ha rivelato una serie di risultati promettenti. Le previsioni di EVEscape si sono rivelate più accurate rispetto ai metodi sperimentali, mentre più veloci ed efficienti rispetto ai test in laboratorio. Lo strumento ha anche individuato con successo terapie che avrebbero faticato a sopprimere nuove varianti.
Le previsioni stanno già influenzando gli sforzi di monitoraggio della pandemia. Da più di un anno, i ricercatori stanno pubblicando classifiche quindicinali delle nuove varianti di SARS-CoV-2 più preoccupanti. I risultati vengono condivisi con gruppi tra cui l’Organizzazione Mondiale della Sanità (OMS).
“Ci sono ancora migliaia di nuove varianti che emergono ogni mese – troppe da testare sperimentalmente”, ha detto Pascal Notin, un ricercatore dell’Università di Oxford che ha co-scritto lo studio, a TNW. “EVEscape ci permette di determinare rapidamente il livello di minaccia delle nuove varianti”.
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Notin e i suoi colleghi hanno anche utilizzato EVEscape per prevedere con successo mutazioni di HIV e influenza. Ora stanno testando lo strumento su agenti patogeni meno conosciuti che potrebbero causare anche pandemie, come Nipah e Lassa.
In futuro, i ricercatori immaginano che EVEscape potrebbe informare la progettazione di vaccini. Al momento, i vaccini e le terapie vengono testati retrospettivamente contro le mutazioni pandemica passate.
EVEscape potrebbe aggiungere valutazioni su dove il virus potrebbe andare in seguito. Questo offre speranza per un potente nuovo trattamento: vaccini a prova di variante.
Come EVEscape prevede le mutazioni virali
Il nuovo strumento si basa su un modello generativo chiamato EVE (Modello evolutivo dell’effetto della variante).
Inizialmente, EVE è stato sviluppato per prevedere i rischi delle mutazioni genetiche che causano malattie umane, come il cancro. Quando COVID-19 si è rivelato allarmante nel mutare al di là dei limiti dei trattamenti, i ricercatori hanno adattato il loro modello al SARS-CoV-2.
I modelli generativi hanno punti di forza unici per questo compito. Un aspetto fondamentale per prevedere quali mutazioni eluderanno l’immunità è se preserveranno la cosiddetta “fitness” della proteina virale. Questa fitness porta a una proteina funzionale che si esprime, si piega e si lega al recettore della cellula ospite.
“I modelli generativi addestrati su sequenze evolutive sono di grande aiuto nel supportare tale previsione”, ha detto Nodin.
Per fare le previsioni, EVE è addestrato per apprendere una rappresentazione compatta di determinate sequenze proteiche. Queste sequenze hanno mantenuto la loro fitness per migliaia o milioni di anni di evoluzione.
“Facendo ciò, deve imparare implicitamente i vincoli biochimici che sottostanno alle sequenze funzionali”, ha spiegato Nodin. “Possiamo successivamente sfruttare questa comprensione per prevedere se nuove forme mutate per la proteina – siano esse proteine umane o virali – saranno funzionali.”
Il futuro dell’IA nella lotta contro i virus
L’adattabilità di EVEscape deriva dalla sua semplicità. Lo strumento impara da un dataset composto solo da sequenze proteiche virali e dalla loro struttura. Di conseguenza, può essere applicato a qualsiasi virus e fin dall’inizio di una pandemia.
“Questo rappresenta un grande miglioramento rispetto ai metodi che normalmente devono aspettare che gli anticorpi pandemici rilevanti siano ampiamente disponibili per i test”, ha detto Nodin.
Un altro punto di forza di EVEscape è il suo design modulare. Quando emergono modelli generativi più potenti, i modelli attuali di previsione della fitness possono essere rapidamente sostituiti.
COVID-19 ha anche ampliato le potenziali applicazioni di EVEscape. La pandemia ha fornito importanti insegnamenti sulle previsioni dell’IA – e un’enorme quantità di dati. Con questa ricchezza di informazioni, EVEscape può fare previsioni sorprendentemente accurate su virus poco studiati per i quali abbiamo pochi dati. Questo potrebbe rivelarsi di enorme valore in future epidemie.
