BioNTechとInstaDeep、高リスクのSARS-CoV-2変異株を検出するシステムを開発
BioNTechとInstaDeepは、世界中で利用可能なシーケンシングデータを分析し、高リスクのSARS-CoV-2変異株を予測する新しい計算手法を発表しました。
BioNTechおよびInstaDeepと共同開発された早期警戒システム（EWS）は、AIが算出した免疫逃避と適応度の指標に基づいています。
新手法は、ウイルスのスパイクタンパク質の構造モデリングとAIアルゴリズムを組み合わせ、SARS-CoV-2のデータリポジトリに登録された1日足らずの潜在的な高リスク変異株を迅速にフラグ付けします。その判定は、適応度と免疫応答からの逃避特性に基づいています。
両社は、自社で得た実験データと公開データを用いて、これらの予測を確認しました。
試験期間中、本システムは世界保健機関（WHO）が平均2か月で特定した変異株の90%以上を識別しました：
- 懸念される変異株（VOC）
- 関心のある変異株（VOI）
- 監視対象の変異株（VUM）
WHOが指定したAlpha、Beta、Gamma、Theta、Eta、Omicronの各変異株は、その配列が初めてアップロードされたのと同じ週にEWSによって検出されました。
Omicron変異株は、その配列が利用可能になった同日に高リスク変異株と判定されました。フランスで観察されたIHU変異株もEWSによって評価されました。免疫逃避特性はOmicronとほぼ類似していますが、適応度は大幅に低く、現在のデータを考慮すると危険性は低いことが示されました。
研究結果は、EWSが数分以内に新たな変異株を評価し、ほぼリアルタイムで変異株の系統を追跡できることを示しています。また、新たな変異株データが出現するにつれて完全にスケールします。
「過去数か月にわたって開発してきた先進的な計算手法により、Spikeタンパク質の配列情報を分析し、予測される免疫逃避とACE2結合スコアに基づいて新たな変異株をランク付けできます。潜在的な高リスク変異株の早期発見は、研究者、ワクチン開発者、保健機関、政策立案者への効果的な警告ツールとなり、懸念される新たな変異株への対応に、より多くの時間を与えることができます」
早期警戒システムは2つのアプローチに基づいています。ウイルスのスパイクタンパク質の受容体結合ドメイン（RBD）と宿主細胞受容体との相互作用の構造モデリング、および変異株のウイルスによる免疫応答回避への影響評価、そして世界的な配列リポジトリに登録された数十万件のウイルス変異株から情報を抽出するAIによる予測モデリングです。
EWSは免疫逃避スコアと適応度（伝播ポテンシャル）の予備評価を算出します。免疫逃避指標単独でもすでに高い予測力を持つリスク因子ですが、この2つの指標をパレート指標に統合することで、そのウイルス変異株に関連するリスクの最良の推定が得られました。
スコアが高いほど、その株が世界の健康に影響を与えるリスクが高くなります。EWSのアプローチは、既存データのみに基づいて、SARS-CoV-2変異株を免疫応答からの逃避能力と適応度の可能性でランク付けするため、「待って観察する」アプローチには依存しません。
「現在、毎週10,000件を超える新たな変異株の配列が検出されており、人間の専門家はこの規模の複雑なデータに対応できません。私たちは、BioNTechのSARS-CoV-2に関する技術と組み合わせて、InstaDeepのDeepChainプラットフォームの強力なAI機能を展開することでこの課題を解決しました。初めて、高リスク変異株をその場で検出でき、貴重な時間を数か月節約できる可能性があります。研究成果を公開できることを嬉しく思い、何より現実世界への影響が続くことを願っています」
EWSは、11か月の期間にわたって、WHOが指定した変異株と指定のなかった変異株を区別することができ、系統を特定する計算モデルの実現可能性を示しています。
2020年9月16日から2021年11月23日までの期間に毎週実施された分析では、WHOが指定した13の変異株のうち12を、指定を受けるまで平均58日前に検出しました。
Alphaからmuまでの変異株について、EWSによるフラグ付け時点での登録症例数は平均わずか約25件でした。これは、1,500件を超える症例が登録されてから発表したWHOの発表とは対照的です。EWSは、2021年10月初めから11月末までに発見された70,000を超える変異株の中で、配列が初めてアップロードされた日のOmicronを、免疫逃避が最も高い変異株として特定し、高い適応度スコアも付与しました。
Biopharmaceutical New Technologiesは、がんやその他の重篤な疾患の新たな治療法を開発する次世代免疫療法企業です。同社は、幅広いコンピュータによる発見と治療プラットフォームを用いて、新たなバイオ医薬品を迅速に開発しています。
がん関連の候補製品の幅広いポートフォリオには、個別化および既製のmRNAベース治療法、革新的なキメラ抗原受容体T細胞、二重特異性チェックポイント免疫調節剤、標的がん抗体、低分子が含まれます。
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2014年に設立されたInstaDeepは、現在EMEA地域で意思決定のためのAI製品を提供するリーダーであり、本社はロンドン、オフィスはパリ、チュニス、ラゴス、ドバイ、ケープタウンにあります。
GPUアクセラレーテッドコンピューティング、深層学習、強化学習における豊富なノウハウを活かし、InstaDeepは、さまざまな業界の最も困難な課題を解決する、新しいタンパク質設計プラットフォームDeepChainTMなどの製品を開発しました。
InstaDeepは、Google DeepMind、Nvidia、Intelといった人工知能エコシステムの世界的リーダーとも協力関係を築いています。同社はIntel AI Buildersプログラムの一員であり、Nvidiaからエリートパートナーの認定を受けています。InstaDeepは、CB Insightsによって、2年連続で世界の最も有望なAIスタートアップ100社の一つに選ばれました。
