Вирусы, особенно РНК-вирусы, такие как SARS-CoV-2, непрерывно эволюционируют, адаптируясь к изменениям среды и иммунному ответу организма. Прогнозирование таких мутаций — ключ к разработке вакцин нового поколения и антивирусных препаратов, которые заранее учитывают возможные изменения в геноме вируса. С появлением мощных инструментов искусственного интеллекта (ИИ) эта задача стала более реальной.
Современные методы анализа, основанные на машинном обучении и структурной биоинформатике, позволяют моделировать эволюционные пути вирусов. Вместо традиционных лабораторных экспериментов, которые требуют огромных временных и ресурсных затрат, исследователи используют ИИ для быстрого выявления наиболее вероятных мутаций. Это позволяет создавать более точные вакцины и заранее готовить стратегии для борьбы с потенциальными угрозами.
ИИ как инструмент против вирусов
Секвенирование генома SARS-CoV-2 дало ученым миллионы последовательностей для анализа. Такие объемы данных позволяют моделям ИИ, например, AlphaFold от DeepMind и ESM-2 от Meta, оценивать, как определенные мутации влияют на структуру вирусных белков, их способность уклоняться от иммунной защиты и скорость распространения в популяции.
Модель EVEscape, разработанная учеными Гарвардской медицинской школы, позволяет прогнозировать изменения в белке-шипе SARS-CoV-2. Она оценивает, какие мутации обеспечат вирусу устойчивость к антителам. Эти данные помогают разрабатывать новые вакцины, тестируя их на гипотетических вариантах вируса.
Система CoVFit, созданная в Токийском университете, предсказывает, какие варианты SARS-CoV-2 будут доминировать в ближайшем будущем. Ее анализ показал точные прогнозы для варианта XBB, который стал доминирующим в 2022 году. Модель учитывает данные о мутациях и их влиянии на уклонение от антител, скорость передачи и устойчивость вируса.
ИИ уже помогает ученым оценивать такие параметры, как приспособленность вируса, иммунный ответ и эффективность вакцин против предполагаемых штаммов. Но сложные долгосрочные прогнозы остаются вызовом, так как комбинированные мутации трудно предсказать из-за множества факторов, включая внешние условия и взаимодействие с организмом.
Как это помогает вакцинации и лечению
Предсказание мутаций дает возможность разработчикам вакцин готовиться к будущим изменениям вируса до их появления. Инструменты, подобные EVEscape, помогают тестировать вакцины на устойчивость к гипотетическим штаммам. Это снижает риски и временные затраты, делая процесс более эффективным. В долгосрочной перспективе ИИ сможет анализировать генетические изменения в реальном времени, быстро адаптируя вакцины и прогнозируя не только мутации, но и их эпидемиологическое влияние. Появление ИИ как инструмента для анализа вирусной эволюции меняет подход к эпидемиологии. Вместо реагирования на уже существующие угрозы ученые смогут готовиться заранее, минимизируя последствия пандемий. ИИ уже доказал свою эффективность, предсказывая эволюцию SARS-CoV-2, но потенциал этих технологий только начинается. Со временем их точность и применимость возрастут, что станет ключевым шагом в борьбе с вирусами.
А затем «Добавить на главный экран».