Επιστήμονες του Πανεπιστημίου του Κέιμπριτζ ανέπτυξαν, με τη βοήθεια της τεχνητής νοημοσύνης, ένα νέο εμβόλιο ευρέος φάσματος για τη γρίπη των πτηνών. Σε αντίθεση με τα συμβατικά εμβόλια, τα οποία στοχεύουν συνήθως ένα συγκεκριμένο στέλεχος του ιού, το νέο σκεύασμα έχει σχεδιαστεί ώστε να προσφέρει προστασία απέναντι σε πολλές γενετικά διαφορετικές παραλλαγές ταυτόχρονα.
Η προσέγγιση αυτή θα μπορούσε να αποδειχθεί ιδιαίτερα σημαντική για την πρόληψη μελλοντικών επιδημιών και πανδημιών. Οι ερευνητές υποστηρίζουν ότι το εμβόλιο ευρέος φάσματος ενδέχεται να προστατεύει ακόμη και από παραλλαγές της γρίπης των πτηνών που δεν έχουν εμφανιστεί μέχρι σήμερα. Στόχος είναι η ανάπτυξη εμβολίων που δεν θα περιορίζονται στην αντιμετώπιση ενός ήδη γνωστού στελέχους, αλλά θα μπορούν να προβλέπουν την πιθανή εξέλιξη του ιού.
Πώς λειτουργεί το εμβόλιο ευρέος φάσματος
Το νέο εμβόλιο ανήκει σε μια νέα γενιά σκευασμάτων, τα οποία σχεδιάζονται για να καλύπτουν μεγάλο αριθμό στελεχών του ίδιου ιού. Η ιδέα βασίζεται στην αναγνώριση κοινών χαρακτηριστικών που εμφανίζονται σε διαφορετικές παραλλαγές, ώστε το ανοσοποιητικό σύστημα να μπορεί να ανταποκρίνεται αποτελεσματικά ακόμη και όταν ο ιός μεταλλάσσεται.
«Αντί να προσφέρει ανοσία έναντι μίας μόνο παραλλαγής της γρίπης των πτηνών, το νέο μας εμβόλιο ευρέος φάσματος παρέχει προστασία απέναντι σε ένα τεράστιο εύρος παραλλαγών», δήλωσε ο Τζόναθαν Χίνι, από το Εργαστήριο Ιογενούς Ζωονόσου του Πανεπιστημίου του Κέιμπριτζ, ο οποίος ηγήθηκε της έρευνας.
«Έχει σχεδιαστεί ώστε να προβλέπει την εξέλιξη του ιού, αντί να αντιδρά σε αυτήν», πρόσθεσε.
Σύμφωνα με τη μελέτη, η οποία δημοσιεύθηκε στο επιστημονικό περιοδικό Cell Reports Medicine, το νέο εμβόλιο προσέφερε ευρύτερη προστασία και υψηλότερα ποσοστά επιβίωσης σε σύγκριση με συμβατικά υποψήφια εμβόλια. Τα τελευταία στοχεύουν συνήθως ένα μόνο στέλεχος και περιλαμβάνονται ήδη στα αποθέματα που διατηρούνται για την αντιμετώπιση μιας πιθανής πανδημίας.
Ο ρόλος της τεχνητής νοημοσύνης στον σχεδιασμό
Για την ανάπτυξη του εμβολίου, οι ερευνητές συγκέντρωσαν γενετικές αλληλουχίες ιών της γρίπης των πτηνών από προγράμματα επιτήρησης σε ολόκληρο τον κόσμο. Τα δείγματα προέρχονταν από άγρια πτηνά και άλλα ζώα, εκτρεφόμενους πληθυσμούς, καθώς και ανθρώπους που είχαν μολυνθεί από τον ιό.
Στη συνέχεια, χρησιμοποίησαν υπολογιστικά και εξελικτικά μοντέλα, σε συνδυασμό με αλγορίθμους τεχνητής νοημοσύνης, για να σχεδιάσουν πέντε συνθετικά αντιγόνα. Τα αντιγόνα αυτά επιλέχθηκαν ώστε να αντιπροσωπεύουν τη γενετική ποικιλομορφία των ιών της γρίπης των πτηνών σε παγκόσμιο επίπεδο.
Το αντιγόνο αποτελεί το δραστικό συστατικό ενός εμβολίου. Ενεργοποιεί το ανοσοποιητικό σύστημα, ώστε ο οργανισμός να αναγνωρίζει και να αντιμετωπίζει αποτελεσματικότερα ένα συγκεκριμένο παθογόνο. Στην προκειμένη περίπτωση, τα αντιγόνα σχεδιάστηκαν έτσι ώστε να περιορίζουν την ικανότητα του ιού να αποφεύγει την ανοσολογική άμυνα.
«Η χρήση της τεχνητής νοημοσύνης επιταχύνει σημαντικά τη διαδικασία σχεδιασμού των εμβολίων. Στη συνέχεια, μπορούμε να δοκιμάσουμε τα υποψήφια εμβόλια στο εργαστήριο, ώστε να διασφαλίσουμε ότι είναι αποτελεσματικά και ασφαλή», εξήγησε ο Χίνι.
Γιατί οι ιοί RNA αποτελούν ιδιαίτερη απειλή
Όπως οι κορονοϊοί που προκάλεσαν την πανδημία COVID-19, έτσι και ο ιός της γρίπης των πτηνών ανήκει στους ιούς RNA. Οι ιοί αυτής της κατηγορίας μπορούν να μεταλλάσσονται γρήγορα και να δημιουργούν νέα στελέχη.
Ορισμένες από αυτές τις παραλλαγές ενδέχεται να μεταδίδονται από τα ζώα στους ανθρώπους και να διαφεύγουν τόσο από το ανοσοποιητικό σύστημα όσο και από την προστασία που παρέχουν τα υπάρχοντα εμβόλια. Αυτό σημαίνει ότι τα αποθέματα εμβολίων που έχουν σχεδιαστεί για ήδη γνωστά στελέχη μπορεί να μην επαρκούν αν εμφανιστεί μια νέα, σημαντικά διαφορετική παραλλαγή.
Μέχρι σήμερα, η προετοιμασία για μια ενδεχόμενη πανδημία βασίζεται σε μεγάλο βαθμό στην αποθήκευση εμβολίων που στοχεύουν στελέχη τα οποία έχουν ήδη εντοπιστεί. Η ανάπτυξη εμβολίων ευρέος φάσματος θα μπορούσε να μετατοπίσει το μοντέλο αυτό από την αντίδραση στην πρόληψη, ενισχύοντας την ετοιμότητα των συστημάτων δημόσιας υγείας.
Τι έδειξαν οι πρώτες δοκιμές
Στα πειράματα, το νέο εμβόλιο προστάτευσε πλήρως ποντίκια και κουνάβια από ένα ευρύ φάσμα γενετικά διαφορετικών παραλλαγών της γρίπης των πτηνών. Αντίθετα, το υπάρχον υποψήφιο εμβόλιο του Παγκόσμιου Οργανισμού Υγείας προστάτευσε περίπου τα μισά ζώα που εκτέθηκαν στις ίδιες παραλλαγές.
Όλες οι παραλλαγές που εξετάστηκαν έχουν προκαλέσει λοιμώξεις σε ανθρώπους και θεωρούνται δυνητικές απειλές για την πρόκληση πανδημίας. Τα αποτελέσματα είναι ενθαρρυντικά, ωστόσο οι δοκιμές σε ζώα δεν αρκούν για να επιβεβαιωθεί η αποτελεσματικότητα και η ασφάλεια του εμβολίου στους ανθρώπους.
Το επόμενο βήμα είναι η πραγματοποίηση κλινικών μελετών, προκειμένου να αξιολογηθεί η ασφάλεια, η ανοσολογική απόκριση και η πραγματική προστασία που παρέχει το σκεύασμα. Μόνο μετά την ολοκλήρωση αυτών των σταδίων θα μπορούσε να εξεταστεί η ευρύτερη διάθεσή του σε περίπτωση επιδημικής έξαρσης.
Προοπτικές για μελλοντικές πανδημίες
Οι ερευνητές σκοπεύουν να επεκτείνουν την ίδια τεχνολογική προσέγγιση στα εμβόλια κατά της εποχικής γρίπης, αλλά και σε άλλους ιούς RNA που εξελίσσονται με μεγάλη ταχύτητα. Η τεχνητή νοημοσύνη μπορεί να επιταχύνει την ανάλυση τεράστιων βάσεων γενετικών δεδομένων και να βοηθήσει στον εντοπισμό των χαρακτηριστικών που παραμένουν κοινά μεταξύ διαφορετικών παραλλαγών.
Νωρίτερα, η ίδια ερευνητική ομάδα είχε αναπτύξει το πρώτο εμβόλιο που σχεδιάστηκε εξ ολοκλήρου με τη βοήθεια της τεχνητής νοημοσύνης και πέρασε στο στάδιο των δοκιμών σε ανθρώπους. Το εμβόλιο αυτό σχεδιάστηκε για να προσφέρει μακροχρόνια προστασία απέναντι σε ένα ευρύ φάσμα ιών, όπως ο Έμπολα και μέλη της οικογένειας των κορονοϊών, ακόμη και όταν αυτοί μεταλλάσσονται.
Το νέο εμβόλιο ευρέος φάσματος για τη γρίπη των πτηνών δεν αποτελεί ακόμη διαθέσιμη θεραπευτική ή προληπτική επιλογή για το κοινό. Ωστόσο, τα πρώτα αποτελέσματα δείχνουν ότι η συνδυασμένη αξιοποίηση της τεχνητής νοημοσύνης, της γονιδιωματικής και της ιολογίας μπορεί να αλλάξει τον τρόπο με τον οποίο προετοιμαζόμαστε για μελλοντικές πανδημίες. Αν επιβεβαιωθεί στις κλινικές δοκιμές, θα μπορούσε να αποτελέσει σημαντικό εργαλείο για την έγκαιρη αντιμετώπιση νέων παραλλαγών της γρίπης των πτηνών, πριν αυτές εξελιχθούν σε ευρύτερη απειλή για τη δημόσια υγεία.
