(30Science.com) – Roma, 11 gen. – BioNTech SE e InstaDeep Ltd (“InstaDeep”) hanno annunciato oggi lo sviluppo di un nuovo metodo computazionale che analizza i dati di sequenziamento disponibili in tutto il mondo e prevede varianti ad alto rischio di SARS-CoV-2. Il sistema di allerta precoce (EWS) sviluppato in collaborazione da BioNTech e InstaDeep si basa su metriche di fuga immunitaria e fitness calcolate dall’intelligenza artificiale (AI).
Il nuovo metodo combina la modellazione strutturale della proteina Spike virale e gli algoritmi di intelligenza artificiale per contrassegnare rapidamente potenziali varianti ad alto rischio inserite nei repository di dati della sequenza SARS-CoV-2 entro meno di un giorno in base a metriche che ne valutano l’idoneità (ad es. ACE2 e la proteina Spike variante interazione) così come le loro proprietà di fuga immunitaria. Le società hanno convalidato queste previsioni utilizzando dati sperimentali generati internamente e dati pubblicamente disponibili.
Durante il periodo di prova, il sistema ha identificato più del 90 per cento delle varianti designate dall’Organizzazione Mondiale della Sanità (OMS) (Variants of Concern, VOC; Variants of Interest, VOI; Variants Under Monitoring, VUM) in media con due mesi di anticipo. Le varianti designate dall’OMS Alpha, Beta, Gamma, Theta, Eta e Omicron sono state rilevate dall’EWS nella stessa settimana in cui è stata caricata per la prima volta la sequenza. La variante Omicron è stata classificata come variante ad alto rischio lo stesso giorno in cui la sua sequenza è diventata disponibile.
La variante IHU osservata in Francia è stata valutata anche dall’EWS, che ha evidenziato proprietà di fuga immunitaria relativamente simili a Omicron ma con fitness significativamente inferiore, il che lo rende meno preoccupante dati i dati attuali.
I risultati dello studio sottolineano che l’EWS è in grado di valutare nuove varianti in pochi minuti e di monitorare i lignaggi delle varianti quasi in tempo reale. È anche completamente scalabile man mano che diventano disponibili nuovi dati sulle varianti.
“Con i metodi computazionali avanzati che abbiamo sviluppato negli ultimi mesi possiamo analizzare le informazioni sulla sequenza della proteina Spike e classificare le nuove varianti in base alla loro fuga immunitaria prevista e al punteggio di legame ACE2“, ha affermato Ugur Sahin, MD, Chief Executive Officer e Co. -Fondatore di BioNTech . “La segnalazione precoce di potenziali varianti ad alto rischio potrebbe essere uno strumento efficace per allertare ricercatori, sviluppatori di vaccini, autorità sanitarie e responsabili politici, fornendo così più tempo per rispondere a nuove varianti preoccupanti”.
“Ogni settimana vengono attualmente scoperte più di 10.000 nuove sequenze varianti e gli esperti umani semplicemente non sono in grado di far fronte a dati complessi su questa scala. Abbiamo affrontato questa sfida implementando le potenti capacità di intelligenza artificiale della piattaforma DeepChain di InstaDeep combinate con il know-how e la tecnologia SARS-CoV-2 di BioNTech. Per la prima volta, le varianti ad alto rischio potrebbero essere rilevate sul posto, risparmiando potenzialmente mesi di tempo prezioso. Siamo felici di rendere pubblicamente disponibile il nostro lavoro di ricerca e, soprattutto, attendiamo con impazienza il suo continuo impatto nel mondo reale“, ha aggiunto Karim Beguir, co-fondatore e CEO di InstaDeep .
Il sistema di allerta precoce (EWS) si basa su due approcci: (1) modellazione strutturale dell’interazione del dominio di legame del recettore della proteina Spike virale (RBD) con il recettore della cellula ospite e valutazione dell’impatto della variante del virus nell’evitare la risposta immunitaria e (2) modelli predittivi basati sull’intelligenza artificiale per estrarre informazioni da centinaia di migliaia di varianti di virus registrate da archivi di sequenze globali. L’EWS calcola un punteggio di fuga immunitaria e un punteggio precedente di idoneità (potenziale di trasmissibilità). Sebbene il punteggio di fuga immunitaria da solo fosse già altamente predittivo del rischio, la combinazione di queste due metriche in un punteggio di Pareto ha fornito la migliore valutazione del rischio rappresentato da una determinata variante del virus. Più alto è il punteggio, maggiore è il rischio che la variante abbia un impatto sulla salute globale.
L’EWS è stato in grado di distinguere le varianti designate dall’OMS da quelle che non avevano designazione durante un periodo di 11 mesi, sottolineando la valida capacità del modello computazionale di determinare il lignaggio delle varianti. Un’analisi condotta ogni settimana tra il 16 settembre 2020 e il 23 novembre il 2021 ha segnalato 12 delle 13 varianti designate dall’OMS con una media di 58 giorni di anticipo (ossia due mesi) prima che le varianti ricevessero la loro designazione. Per le varianti da Alpha a Mu, sono stati registrati in media solo circa 25 casi nel momento in cui sono stati segnalati dall’EWS. Ciò è in contrasto con gli annunci dell’OMS che sono avvenuti in media quando sono stati registrati più di 1.500 casi. L’EWS ha rilevato Omicron il giorno in cui la sua sequenza è stata caricata per la prima volta come la più alta variante immunitaria in fuga da oltre 70.000 varianti scoperte tra l’inizio di ottobre 2021 e la fine di novembre 2021, assegnandogli anche un punteggio di fitness elevato.
I dati pubblicati come pre-stampa sono il risultato di una collaborazione stabilita tra BioNTech e InstaDeep nel novembre 2020 per unire IA e immunologia. Come parte della collaborazione, le aziende hanno formato un AI Innovation Lab congiunto a Londra, Regno Unito, e Magonza, in Germania, per promuovere la scoperta e la progettazione di nuovi farmaci, l’ingegneria delle proteine, la produzione e l’ottimizzazione della catena di approvvigionamento.
Informazioni sulle mutazioni SARS-CoV-2
Gli ultimi due anni hanno dimostrato come la circolazione frequente e ampia del virus SARS-CoV-2 aumenti la sua probabilità di mutare in parti del suo patrimonio genetico con il potenziale di modificarne le caratteristiche. Le attuali varianti note ospitano mutazioni che le distinguono dal ceppo originale identificato all’inizio del 2020. Nella sola proteina Spike sono state osservate oltre 13.400 mutazioni individuali. I dati disponibili mostrano che ogni settimana stanno emergendo migliaia di nuove varianti a un ritmo crescente, con una media settimanale di varianti registrate di circa 300 a settembre 2020, 7.000 ad agosto 2021 e 12.000 a dicembre 2021.
Sebbene la maggior parte delle mutazioni riduca l’idoneità generale del virus o non abbia conseguenze sulle sue caratteristiche, alcuni individui o combinazioni di mutazioni portano a varianti ad alto rischio (HRV) con capacità di evasione immunitaria modificate e/o migliore trasmissibilità. Una variante che può bypassare la neutralizzazione da parte degli anticorpi è di particolare importanza e rappresenta un rischio per le persone che in precedenza avevano COVID-19 e per quelle che sono state completamente vaccinate.
Poiché nuove sequenze continuano a essere rilevate negli individui infetti, prevedere varianti che hanno il potenziale per diventare HRV è fondamentale per la preparazione alla pandemia. L’identificazione di queste varianti crea una sfida significativa per le autorità sanitarie pubbliche poiché il rilevamento mediante vari test in laboratorio richiede molto tempo. L’EWS consente il rilevamento precoce di queste varianti e riduce il tempo necessario alle autorità sanitarie per valutarne l’impatto e rispondere in modo tempestivo.(30Science.com)
