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防患未然、精准出击 AI助力研发冠状病毒“通用疫苗”

来源:科技日报2022-05-16 13:46

  防患未然 精准出击

  AI助力研发冠状病毒“通用疫苗”

  【国际战“疫”行动】

  本报记者 刘 霞

  由于新冠病毒不断变异,人们开始担心之前使用的新冠疫苗是否依然有效。究竟有没有一种能够应对各种新冠病毒的“通用疫苗”?为防范下一场全球大流行病,很多国家都在推进相关研究,科学家们更是用上了“大杀器”——人工智能。

  “通用疫苗”:防患未然

  今年1月底,美国白宫冠状病毒工作组成员、总统首席医疗顾问安东尼·福奇在国会上介绍了美国开发一种冠状病毒“通用疫苗”的努力。福奇表示,该疫苗旨在对抗新冠病毒和未来几年可能出现的其他类似病毒。

  福奇对参议院卫生、教育、劳工和养老金委员会表示:“开发一种冠状病毒通用疫苗的重要性日益凸显,这种疫苗将有效对抗所有新冠病毒变体,并最终对抗所有冠状病毒。”

  福奇说,从长远来看,一种冠状病毒“通用疫苗”的开发可能有助于防止全球下一次大流行病——新冠疫情无法根绝,可能还会定期出现。此外,人类还可能遭遇来自动物的未知冠状病毒的感染。

  日本《朝日新闻》网站在10日的报道中指出,这种“通用疫苗”的效果即便比不上针对特定病毒的疫苗,但对其他冠状病毒仍有一定的防护效果。

  比如,去年12月,美国国防部下属沃尔特·里德陆军研究所宣布研发的一种名为“刺突铁蛋白纳米粒子”的疫苗,“不仅能引发强有力的免疫反应,还可能为人们关注的新冠病毒变体以及其他冠状病毒,如严重急性呼吸综合征病毒提供广泛的保护。”

  据报道,该疫苗今年年初完成了第一阶段的人体试验,目前正申请开展第二和第三阶段的试验。

  日本弘前大学病毒学副教授森田英嗣表示:“这种蛋白很稳定,而且外形酷似病毒,能够长时间高效地发挥免疫效力。”

  AI助力:事半功倍

  为了更好、更快地研制出这样的疫苗,人工智能工具“临危受命”。

  据日本《朝日新闻》报道,日本NEC公司正在利用人工智能(AI)技术研发下一代疫苗。

  目前使用的针对新冠病毒的信使核糖核酸(mRNA)疫苗将含有编码抗原蛋白的mRNA导入人体,形成相应的抗原蛋白,从而诱导机体产生特异性免疫反应,达到预防免疫的效果。但是,奥密克戎毒株的刺突蛋白中出现了大量变异,导致疫苗的防护效果下降。所以NEC公司的战略是,将刺突蛋白以外的病毒蛋白都作为候选抗原,排除那些容易变异的部分。为此,研究人员通过让AI学习免疫反应的实验数据来确定候选抗原。

  无独有偶,总部位于英国牛津的生物技术初创公司Baseimmune在借助AI开发冠状病毒通用疫苗方面的表现也可圈可点。

  据英国《科学焦点》杂志网站报道,该公司研制疫苗的工作原理是训练免疫系统识别特定病原体(如病毒、寄生虫或细菌)的感染并作出反应。每种疫苗的核心都是抗原(一种基于部分病原体的小而安全的分子),它能触发保护性免疫反应。大多数疫苗抗原基于单一病原体成分,如冠状病毒的刺突蛋白,或疟疾寄生虫的外壳蛋白,而这限制了疫苗应对新变体的有效性和能力。

  为解决这个问题,Baseimmune公司的疫苗设计算法将基因组、流行病学、免疫学等综合在一起,创造出全新的合成抗原,其中包含病原体中所有“最有可能引发强烈的保护性免疫反应”的组成部分。

  Baseimmune公司表示,这些“挑选和混合”抗原将向免疫系统提供关于如何识别和应对特定病原体的一切信息,无论是现在还是将来,无论是否变异。设计出来的抗原可以被注入任何疫苗技术平台,包括mRNA、DNA和病毒载体,从而创造出适用于所有当前和可能变异的通用疫苗。

  该公司已与DNA疫苗先驱Touchlight合作,开发一种冠状病毒通用疫苗,旨在应对新变异的出现,防止未来的大流行病。据悉,该公司在最新一轮投资中获得了350万英镑,他们计划用这笔钱帮助为包括冠状病毒和疟疾在内的几种主要疾病研制通用疫苗。

  此外,mRNA本身存在稳定性差、易分解等问题,所以在保存、运输过程中及体内表达时很容易失效。因此,如何稳定mRNA,提升研发效率,成为了全球科研机关、防疫机构和生物医学公司亟须面对的难题。

  中国百度公司在解决这一问题方面贡献了一臂之力。据媒体报道,2020年,百度研究院推出全球首个mRNA疫苗基因序列设计算法LinearDesign,这是专门用于优化mRNA序列设计的高效算法。针对新冠mRNA疫苗序列,LinearDesign能在16分钟内大大提升疫苗设计的稳定性和蛋白质表达水平,有效解决了mRNA疫苗研发中最重要的稳定性问题。

  《朝日新闻》在报道中指出,备受期待的冠状病毒通用疫苗能否很快面世并应用于人体还是未知数。不过,即使不能赶在新冠病毒下一个变异株出现之前诞生,也可能成为预防其他冠状病毒引发的下一场大流行病的有力候选工具。

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