BioNTech и InstaDeep разработали систему обнаружения потенциальных вариантов SARS-CoV-2 с высоким риском
BioNTech и InstaDeep объявили о разработке нового вычислительного метода, который анализирует доступные во всем мире данные секвенирования и прогнозирует варианты SARS-CoV-2 с высоким риском.
Система раннего предупреждения (EWS), разработанная в сотрудничестве с BioNTech и InstaDeep, основана на рассчитанных искусственным интеллектом показателях иммунного побега и приспособленности.
Новый метод сочетает в себе структурное моделирование вирусного шиповидного белка и алгоритмы искусственного интеллекта, чтобы быстро помечать потенциальные варианты высокого риска, введенные в репозитории данных о последовательностях SARS-CoV-2 менее чем за день, на основе показателей, оценивающих их пригодность, а также их свойства ускользания от иммунного ответа.
Компании подтвердили эти прогнозы, используя экспериментальные данные, полученные собственными силами, и общедоступные данные.
В течение пробного периода система идентифицировала более 90% вариантов, определенных Всемирной организацией здравоохранения (ВОЗ) в среднем за два месяца:
- варианты, вызывающие озабоченность (VOC)
- варианты, представляющие интерес (VOI)
- варианты под наблюдением (VUM)
Обозначенные ВОЗ варианты Alpha, Beta, Gamma, Theta, Eta и Omicron были обнаружены EWS на той же неделе, когда была впервые загружена их последовательность.
Вариант Omicron был признан вариантом с высоким риском в тот же день, когда его последовательность стала доступна. Вариант IHU, наблюдаемый во Франции, также был оценен EWS — он выявил свойства ускользания от иммунитета, которые относительно аналогичны Omicron, но со значительно более низкой приспособленностью, что делает его менее опасным, учитывая текущие данные.
Результаты исследования подчеркивают, что EWS способен оценивать новые варианты за считанные минуты и отслеживать родословные вариантов почти в режиме реального времени. Он также полностью масштабируется по мере появления новых данных о вариантах.
«Благодаря передовым вычислительным методам, которые мы разрабатывали в течение последних месяцев, мы можем анализировать информацию о последовательности белка Spike и ранжировать новые варианты в соответствии с их прогнозируемым ускользанием от иммунного ответа и показателем связывания ACE2. Раннее выявление потенциальных вариантов с высоким риском может стать эффективным инструментом для предупреждения исследователей, разработчиков вакцин, органов здравоохранения и политиков, тем самым предоставляя больше времени для реагирования на новые варианты, вызывающие озабоченность»
Система раннего предупреждения основана на двух подходах: структурном моделировании взаимодействия домена, связывающего рецептор спайкового белка вируса (RBD) с рецептором клетки-хозяина и оценке влияния варианта вируса на избегание иммунного ответа, а также прогнозирующем моделировании на основе ИИ для извлечения информации из сотен тысяч зарегистрированных вариантов вирусов из глобальных репозиториев последовательностей.
EWS вычисляет оценку иммунного ускользания и предварительную оценку пригодности (потенциала передачи). В то время как показатель ускользания от иммунитета сам по себе уже был в высокой степени прогностическим фактором риска, объединение этих двух показателей в показатель Парето обеспечило наилучшую оценку риска, связанного с данным вариантом вируса.
Чем выше оценка, тем выше риск того, что штамм повлияет на глобальное здоровье. Подход EWS ранжирует варианты SARS-CoV-2 по способности ускользать от иммунного ответа и потенциалу приспособленности исключительно на основе существующих данных и, следовательно, не зависит от подхода «ждать и наблюдать».
«Каждую неделю в настоящее время обнаруживается более 10 000 новых последовательностей вариантов, и эксперты-люди просто не могут справиться со сложными данными в таком масштабе. Мы решили эту проблему, развернув мощные возможности искусственного интеллекта платформы InstaDeep DeepChain в сочетании с технологиями BioNTech в отношении SARS-CoV-2. Впервые варианты с высоким риском можно было обнаружить на месте, что потенциально может сэкономить месяцы драгоценного времени. Мы рады сделать нашу исследовательскую работу общедоступной и, что наиболее важно, надеемся на ее дальнейшее влияние на реальный мир»
EWS смог отличить варианты, определенные ВОЗ, от тех, которые не имели обозначения в течение 11-месячного периода, что подчеркивает жизнеспособность вычислительной модели определять происхождение вариантов.
Анализ, проводимый каждую неделю в период с 16 сентября 2020 года по 23 ноября 2021 года, выявил 12 из 13 вариантов, определенных ВОЗ, со средним временем подготовки 58 дней до того, как варианты получили свое обозначение.
Для вариантов от Alpha до Mu в среднем было зарегистрировано всего около 25 случаев на момент их пометки EWS. Это контрастирует с объявлениями ВОЗ, которые происходили, когда было зарегистрировано более 1500 случаев заболевания. EWS определил Omicron в день, когда его последовательность была впервые загружена, как вариант с самым высоким уровнем ускользания от иммунитета из более чем 70 000 вариантов, обнаруженных в период с начала октября 2021 года по конец ноября 2021 года, а также присвоив ему высокий балл пригодности.
Biopharmaceutical New Technologies — это компания иммунотерапии нового поколения, разрабатывающая новые методы лечения рака и других серьезных заболеваний. Компания использует широкий спектр компьютерных открытий и терапевтических платформ для быстрой разработки новых биофармацевтических препаратов.
Ее широкий портфель продуктов-кандидатов для онкологических заболеваний включает индивидуальные и готовые методы лечения на основе мРНК, инновационные Т-клетки с химерными антигенными рецепторами, биспецифические иммуномодуляторы контрольных точек, таргетные раковые антитела и малые молекулы.
Основываясь на своем глубоком опыте в разработке мРНК-вакцины и собственных производственных мощностях, BioNTech и ее сотрудники разрабатывают несколько мРНК-вакцин-кандидатов для ряда инфекционных заболеваний наряду с разнообразным ассортиментом онкологических препаратов.
Основанная в 2014 году компания InstaDeep на сегодняшний день является лидером в регионе EMEA по производству продуктов искусственного интеллекта для принятия решений для предприятий со штаб-квартирой в Лондоне и офисами в Париже, Тунисе, Лагосе, Дубае и Кейптауне.
Используя свои обширные ноу-хау в области вычислений с ускорением на графическом процессоре, глубокого обучения и обучения с подкреплением, InstaDeep создала продукты, такие как новая платформа для проектирования белков DeepChainTM, которые решают самые сложные задачи в различных отраслях.
InstaDeep также наладила сотрудничество с мировыми лидерами в области экосистемы искусственного интеллекта, такими как Google DeepMind, Nvidia и Intel. Компания является частью программы Intel AI Builders и получила статус элитного партнера от Nvidia. InstaDeep был недавно избран CB Insights как один из 100 самых многообещающих стартапов в области искусственного интеллекта в мире второй год подряд.
