BioNTech et InstaDeep mettent au point un système de détection des variants du SARS-CoV-2 à haut risque
BioNTech et InstaDeep ont annoncé la mise au point d'une nouvelle méthode de calcul qui analyse les données de séquençage disponibles dans le monde entier et prédit les variants du SARS-CoV-2 à haut risque.
Le système d'alerte précoce (EWS), développé en collaboration avec BioNTech et InstaDeep, repose sur des indicateurs d'échappement immunitaire et de fitness calculés par intelligence artificielle.
La nouvelle méthode combine la modélisation structurale de la protéine Spike du virus et des algorithmes d'intelligence artificielle afin de signaler rapidement les variants potentiels à haut risque ajoutés aux référentiels de séquences du SARS-CoV-2 en moins d'un jour, à partir d'indicateurs évaluant leur aptitude ainsi que leurs propriétés d'échappement à la réponse immunitaire.
Les entreprises ont confirmé ces prédictions à l'aide de données expérimentales produites en interne et de données accessibles au public.
Pendant la période d'essai, le système a identifié plus de 90 % des variants désignés par l'Organisation mondiale de la santé (OMS) en moyenne deux mois à l'avance :
- variants préoccupants (VOC)
- variants d'intérêt (VOI)
- variants sous surveillance (VUM)
Les variants Alpha, Beta, Gamma, Theta, Eta et Omicron désignés par l'OMS ont été détectés par l'EWS la même semaine que la première mise en ligne de leur séquence.
Le variant Omicron a été reconnu comme variant à haut risque le jour même où sa séquence est devenue disponible. Le variant IHU, observé en France, a également été évalué par l'EWS : il présente des propriétés d'échappement immunitaire relativement similaires à celles d'Omicron, mais avec une aptitude nettement plus faible, ce qui le rend moins dangereux au vu des données actuelles.
Les résultats de l'étude soulignent que l'EWS est capable d'évaluer de nouveaux variants en quelques minutes et de suivre les lignées de variants presque en temps réel. Il est également entièrement évolutif à mesure que de nouvelles données sur les variants apparaissent.
« Grâce aux méthodes de calcul avancées que nous avons développées au cours des derniers mois, nous pouvons analyser les informations de séquence de la protéine Spike et classer les nouveaux variants selon leur échappement immunitaire prédit et leur score de liaison à ACE2. La détection précoce des variants potentiellement à haut risque peut devenir un outil efficace pour alerter les chercheurs, les concepteurs de vaccins, les autorités sanitaires et les décideurs politiques, leur donnant ainsi davantage de temps pour réagir aux nouveaux variants préoccupants »
Le système d'alerte précoce repose sur deux approches : la modélisation structurale de l'interaction entre le domaine de liaison au récepteur (RBD) de la protéine Spike du virus et le récepteur de la cellule hôte, et l'évaluation de l'effet du variant sur l'échappement immunitaire, ainsi qu'une modélisation prédictive fondée sur l'IA pour extraire des informations de centaines de milliers de séquences virales enregistrées dans les référentiels mondiaux.
L'EWS calcule un score d'échappement immunitaire et une estimation préliminaire de l'aptitude (potentiel de transmission). Si le score d'échappement immunitaire constitue déjà un facteur de risque hautement prédictif à lui seul, la combinaison de ces deux scores en un score de Pareto a fourni la meilleure estimation du risque associé à un variant donné.
Plus le score est élevé, plus le risque que la souche affecte la santé mondiale est important. L'approche EWS classe les variants du SARS-CoV-2 selon leur capacité d'échappement immunitaire et leur potentiel d'aptitude, uniquement sur la base des données existantes, et ne repose donc pas sur une approche « attendre et observer ».
« Chaque semaine, plus de 10 000 nouvelles séquences de variants sont actuellement détectées, et les experts humains ne peuvent tout simplement pas traiter des données aussi complexes à cette échelle. Nous avons résolu ce problème en déployant les puissantes capacités d'intelligence artificielle de la plateforme DeepChain d'InstaDeep, combinées aux technologies de BioNTech sur le SARS-CoV-2. Pour la première fois, les variants à haut risque ont pu être détectés en temps réel, ce qui pourrait permettre d'économiser des mois de temps précieux. Nous sommes heureux de rendre notre travail de recherche accessible au public et, surtout, nous espérons qu'il aura un impact concret durable »
L'EWS a pu distinguer les variants désignés par l'OMS de ceux qui ne l'étaient pas pendant une période de 11 mois, ce qui souligne la viabilité du modèle de calcul pour déterminer l'origine des variants.
L'analyse, réalisée chaque semaine entre le 16 septembre 2020 et le 23 novembre 2021, a identifié 12 variants sur 13 désignés par l'OMS, avec un délai moyen de 58 jours avant leur désignation.
Pour les variants allant d'Alpha à Mu, moins de 25 cas en moyenne avaient été enregistrés au moment de leur signalement par l'EWS. Cela contraste avec les annonces de l'OMS, faites lorsque plus de 1 500 cas avaient été enregistrés. L'EWS a identifié Omicron, le jour où sa séquence a été mise en ligne pour la première fois, comme le variant présentant le plus haut niveau d'échappement immunitaire parmi plus de 70 000 variants détectés entre début octobre 2021 et fin novembre 2021, tout en lui attribuant un score d'aptitude élevé.
Biopharmaceutical New Technologies est une entreprise d'immunothérapie de nouvelle génération qui développe de nouveaux traitements contre le cancer et d'autres maladies graves. Elle utilise un large éventail de découvertes informatiques et de plateformes thérapeutiques pour développer rapidement de nouveaux médicaments biopharmaceutiques.
Son vaste portefeuille de candidats-médicaments en oncologie comprend des traitements personnalisés et standardisés à base d'ARNm, des lymphocytes T à récepteurs antigéniques chimériques innovants, des immunomodulateurs bispécifiques ciblant les points de contrôle, des anticorps anticancéreux ciblés et des petites molécules.
Forte de son expertise approfondie dans le développement de vaccins à ARNm et de ses capacités de production internes, BioNTech et ses collaborateurs développent plusieurs vaccins candidats à ARNm contre un éventail de maladies infectieuses, en parallèle d'un large éventail de médicaments contre le cancer.
Fondée en 2014, InstaDeep est aujourd'hui le leader de la région EMEA dans la production de produits d'intelligence artificielle d'aide à la décision pour les entreprises, dont le siège est à Londres et qui dispose de bureaux à Paris, Tunis, Lagos, Dubaï et Le Cap.
Forte de son savoir-faire étendu en calcul accéléré par GPU, en apprentissage profond et en apprentissage par renforcement, InstaDeep a créé des produits tels que sa nouvelle plateforme de conception de protéines DeepChainTM, qui résolvent les problèmes les plus complexes dans divers secteurs.
InstaDeep a également noué des partenariats avec des acteurs majeurs de l'écosystème de l'intelligence artificielle, tels que Google DeepMind, Nvidia et Intel. L'entreprise fait partie du programme Intel AI Builders et a obtenu le statut de partenaire élite de Nvidia. InstaDeep a récemment été désignée par CB Insights comme l'une des 100 start-ups d'intelligence artificielle les plus prometteuses au monde pour la deuxième année consécutive.
