BioNTech e InstaDeep crean un sistema de alerta temprana para detectar variantes de SARS-CoV-2 de alto riesgo
BioNTech e InstaDeep anunciaron el desarrollo de un nuevo método computacional que analiza los datos de secuenciación disponibles en todo el mundo y predice variantes de SARS-CoV-2 de alto riesgo.
El sistema de alerta temprana (EWS), desarrollado en colaboración con BioNTech e InstaDeep, se basa en puntuaciones de evasión inmunitaria y de adecuación calculadas mediante inteligencia artificial.
El nuevo método combina el modelado estructural de la proteína de pico viral con algoritmos de inteligencia artificial para señalar rápidamente, en menos de un día, las posibles variantes de alto riesgo introducidas en los repositorios de datos de secuencias de SARS-CoV-2, basándose en puntuaciones que evalúan su adecuación y sus propiedades de evasión de la respuesta inmunitaria.
Las compañías confirmaron estas predicciones con datos experimentales propios y datos de acceso público.
Durante el periodo de prueba, el sistema identificó más del 90 % de las variantes designadas por la Organización Mundial de la Salud (OMS) con una antelación media de dos meses:
- variantes de preocupación (VOC)
- variantes de interés (VOI)
- variantes bajo vigilancia (VUM)
Las variantes Alpha, Beta, Gamma, Theta, Eta y Omicron, designadas por la OMS, fueron detectadas por el EWS la misma semana en que se cargó por primera vez su secuencia.
La variante Omicron fue identificada como de alto riesgo el mismo día en que su secuencia estuvo disponible. La variante IHU, observada en Francia, también fue evaluada por el EWS: presentó propiedades de evasión inmunitaria relativamente similares a Omicron, pero con una adecuación considerablemente menor, lo que la hace menos peligrosa según los datos actuales.
Los resultados del estudio subrayan que el EWS es capaz de evaluar nuevas variantes en cuestión de minutos y de seguir los linajes de las variantes casi en tiempo real. Además, escala por completo a medida que surgen nuevos datos sobre variantes.
«Gracias a los avanzados métodos computacionales que hemos desarrollado durante los últimos meses, podemos analizar la información de la secuencia de la proteína Spike y clasificar las nuevas variantes según su evasión inmunitaria prevista y su puntuación de unión a ACE2. La detección temprana de posibles variantes de alto riesgo puede convertirse en una herramienta eficaz para alertar a investigadores, desarrolladores de vacunas, autoridades sanitarias y responsables políticos, proporcionando así más tiempo para responder a nuevas variantes de preocupación»
El sistema de alerta temprana se basa en dos enfoques: el modelado estructural de la interacción del dominio de unión al receptor (RBD) de la proteína de pico viral con el receptor de la célula huésped, y la evaluación del efecto de la variante sobre la evasión de la respuesta inmunitaria, junto con un modelado predictivo basado en IA para extraer información de cientos de miles de variantes víricas registradas en los repositorios globales de secuencias.
El EWS calcula una puntuación de evasión inmunitaria y una evaluación preliminar de adecuación (potencial de transmisión). Aunque la puntuación de evasión inmunitaria ya era por sí sola un factor de riesgo altamente predictivo, combinar ambas puntuaciones en una puntuación de Pareto proporcionó la mejor estimación del riesgo asociado a cada variante vírica.
Cuanto mayor sea la puntuación, mayor será el riesgo de que la cepa afecte a la salud mundial. El enfoque del EWS clasifica las variantes de SARS-CoV-2 según su capacidad de evasión inmunitaria y su potencial de adecuación exclusivamente a partir de datos existentes y, por tanto, no depende del enfoque de «esperar y ver».
«Cada semana se detectan actualmente más de 10 000 nuevas secuencias de variantes, y los expertos humanos simplemente no pueden manejar datos tan complejos a esa escala. Resolvimos este problema desplegando las potentes capacidades de inteligencia artificial de la plataforma DeepChain de InstaDeep, combinadas con la tecnología de BioNTech sobre SARS-CoV-2. Por primera vez, las variantes de alto riesgo pueden detectarse sobre la marcha, lo que podría ahorrar meses de tiempo valioso. Nos complace hacer públicos nuestros trabajos de investigación y, lo más importante, esperamos que tengan un impacto real en el mundo.»
El EWS fue capaz de distinguir las variantes designadas por la OMS de las que no tenían designación durante un periodo de 11 meses, lo que subraya la viabilidad del modelo computacional para determinar el origen de las variantes.
El análisis, realizado semanalmente entre el 16 de septiembre de 2020 y el 23 de noviembre de 2021, identificó 12 de las 13 variantes designadas por la OMS, con un tiempo medio de anticipación de 58 días antes de que recibieran su designación.
Para las variantes desde Alpha hasta Mu, se registraron de media solo unos 25 casos en el momento en que el EWS las marcó. Esto contrasta con los anuncios de la OMS, que se produjeron cuando se habían registrado más de 1500 casos. El EWS identificó Omicron el día en que su secuencia se cargó por primera vez como la variante con mayor evasión inmunitaria de entre más de 70 000 variantes detectadas entre principios de octubre de 2021 y finales de noviembre de 2021, además de asignarle una puntuación de adecuación alta.
Biopharmaceutical New Technologies es una empresa de inmunoterapia de nueva generación que desarrolla nuevos tratamientos contra el cáncer y otras enfermedades graves. La compañía utiliza una amplia gama de descubrimientos computacionales y plataformas terapéuticas para desarrollar rápidamente nuevos fármacos biofarmacéuticos.
Su amplia cartera de candidatos oncológicos incluye tratamientos personalizados y de catálogo basados en ARNm, células T con receptores de antígeno quimérico innovadores, inmunomoduladores biespecíficos de puntos de control, anticuerpos contra el cáncer dirigidos y moléculas pequeñas.
Basándose en su amplia experiencia en el desarrollo de vacunas de ARNm y en sus propias capacidades de fabricación, BioNTech y sus colaboradores desarrollan varias vacunas de ARNm candidatas para una serie de enfermedades infecciosas, junto con una variada gama de fármacos oncológicos.
Fundada en 2014, InstaDeep es hoy líder en la región EMEA en productos de inteligencia artificial para la toma de decisiones empresariales, con sede central en Londres y oficinas en París, Túnez, Lagos, Dubái y Ciudad del Cabo.
Gracias a su amplio know-how en computación acelerada por GPU, aprendizaje profundo y aprendizaje por refuerzo, InstaDeep ha creado productos como DeepChain™, una nueva plataforma de diseño de proteínas, que resuelven los desafíos más complejos en distintos sectores.
InstaDeep también ha establecido colaboraciones con líderes mundiales del ecosistema de inteligencia artificial, como Google DeepMind, Nvidia e Intel. La compañía forma parte del programa Intel AI Builders y ha obtenido el estatus de socio elite de Nvidia. CB Insights seleccionó recientemente a InstaDeep como una de las 100 startups de inteligencia artificial más prometedoras del mundo por segundo año consecutivo.
