Công cụ AI mới có thể làm cho các loại vaccine trong tương lai 'bất biến với biến thể,' các nhà nghiên cứu cho biết

Một công cụ AI mới dự đoán đột biến của virus có thể hướng dẫn điều trị cho COVID-19 — và đại dịch tiếp theo.

Hệ thống, mang tên EVEscape, được phát triển tại Harvard Medical School và Đại học Oxford. Trong các thử nghiệm, công cụ đã chính xác dự đoán các biến thể đáng lo ngại và phổ biến nhất của virus SARS-CoV-2 xuất hiện trong đại dịch.

Một nghiên cứu được công bố vào tuần trước trên Nature tiết lộ một loạt kết quả tích cực. Dự báo của EVEscape chứng minh chính xác hơn so với các phương pháp thử nghiệm thực nghiệm, đồng thời nhanh chóng và hiệu quả hơn so với các kiểm tra dựa trên phòng thí nghiệm. Công cụ cũng thành công trong việc xác định các phương pháp điều trị gặp khó khăn

Những dự đoán này đã đang hỗ trợ các nỗ lực theo dõi đại dịch. Suốt hơn một năm, các nhà nghiên cứu đã công bố bảng xếp hạng hàng tuần về các biến thể mới đáng lo ngại nhất của SARS-CoV-2. Những phát hiện được chia sẻ với các tổ chức bao gồm Tổ chức Y tế Thế giới (WHO). 

“Vẫn còn hàng nghìn biến thể mới xuất hiện mỗi tháng — quá nhiều để thử nghiệm theo cách thực nghiệm,” Pascal Notin, một nhà nghiên cứu Đại học Oxford, người đồng sáng tác nghiên cứu, cho biết với TNW. “EVEscape cho phép chúng tôi nhanh chóng xác định mức độ đe dọa của các biến thể mới.”

Notin và đồng nghiệp của ông cũng đã sử dụng EVEscape để thành công trong việc dự đoán đột biến của HIV và cúm. Bây giờ, họ đang kiểm tra công cụ trên các loại virus ít được biết đến có thể gây đại dịch, như Nipah và Lassa.

Trong tương lai, các nhà nghiên cứu tưởng tượng EVEscape sẽ hỗ trợ việc thiết kế vaccine. Hiện nay, vaccine và phương pháp điều trị được kiểm tra dưới góc độ hậu quả so với các đột biến của đại dịch trước đây.

EVEscape có thể đưa ra đánh giá về nơi virus có thể di chuyển tiếp theo. Điều này mang lại hy vọng về một phương pháp điều trị mới mạnh mẽ: vaccine chống biến thể.

Cách EVEscape dự đoán đột biến virus 

Công cụ mới này dựa trên một mô hình sinh ra được gọi là EVE (Mô hình Tiến hóa của Hiệu ứng Biến thể).

Ban đầu, EVE được phát triển để dự đoán các rủi ro của đột biến gen gây bệnh cho người, như ung thư. Khi COVID-19 chứng minh khả năng đột biến đáng kể vượt ra khỏi ranh giới của các liệu pháp, nhà nghiên cứu đã điều chỉnh mô hình của họ cho SARS-CoV-2.

Các mô hình sinh ra có những ưu điểm đặc biệt cho công việc này. Một khía cạnh quan trọng của việc dự đoán những đột biến nào sẽ tránh được miễn dịch là liệu chúng có duy trì được sự “thích ứng” của protein virus hay không. Thích ứng này dẫn đến một protein hoạt động mà biểu hiện, gấp và kết nối với receptor tế bào chủ nhân. 

“Các mô hình sinh ra được đào tạo trên các chuỗi tiến hóa rất hữu ích trong việc hỗ trợ dự đoán đó,” Nodin nói.

Để thực hiện dự đoán, EVE được đào tạo để học một biểu diễn mô tả nhất định của các chuỗi protein. Những chuỗi này đã duy trì được sự thích ứng của chúng qua hàng ngàn đến hàng triệu năm tiến hóa.

“Bằng cách làm như vậy, nó phải học một cách ngụ ý các hạn chế sinh học làm nền tảng cho các chuỗi chức năng,” Nodin giải thích. “Chúng tôi có thể sau đó tận dụng sự hiểu biết đó để dự đoán liệu các hình thức đột biến mới của protein — cho dù chúng là protein của con người hay virus — có chức năng hay không.”

Đối đầu của trí tuệ nhân tạo với virus trong tương lai

Sự linh hoạt của EVEscape xuất phát từ sự đơn giản của nó. Công cụ học từ một bộ dữ liệu chỉ chứa các chuỗi protein virus và cấu trúc của chúng. Do đó, nó có thể được áp dụng cho bất kỳ virus nào và ngay từ đầu của một đại dịch.

“Đây là một cải tiến tuyệt vời so với các phương pháp thường cần phải chờ các kháng thể đại dịch liên quan sẵn sàng cho việc kiểm tra,” Nodin nói.

Một ưu điểm khác của EVEscape là thiết kế có thể mở rộng. Khi các mô hình sinh ra mạnh mẽ hơn xuất hiện, các mô hình dự đoán thích ứng hiện tại có thể được thay thế nhanh chóng.

COVID-19 cũng mở rộng khả năng sử dụng của EVEscape. Đại dịch cung cấp những bài học quan trọng về dự đoán trí tuệ nhân tạo — và một nguồn dữ liệu lớn. Với cả nguồn thông tin đó, EVEscape có thể đưa ra dự đoán đáng kinh ngạc về các loại virus chưa được nghiên cứu đầy đủ dữ liệu. Điều đó có thể rất quý giá trong các đợt bùng phát tương lai.