Gli scienziati di Scripps Research hanno sviluppato un sistema di apprendimento automatico – un tipo di applicazione di intelligenza artificiale (AI) – in grado di tracciare l’evoluzione dettagliata dei virus epidemici e prevedere l’emergere di varianti virali con nuove importanti proprietà.
In un giornale in Modelli cellulari il 21 luglio 2023, gli scienziati hanno dimostrato il sistema utilizzando i dati sulle varianti SARS-CoV-2 registrate e sui tassi di mortalità COVID-19. Hanno dimostrato che il sistema avrebbe potuto prevedere l’emergere di nuove “varianti preoccupanti” (COV) di SARS-CoV-2 prima delle loro designazioni ufficiali da parte dell’Organizzazione mondiale della sanità (OMS). Le loro scoperte indicano la possibilità di utilizzare un tale sistema in tempo reale per tracciare future pandemie virali.
“Esistono regole dell’evoluzione del virus pandemico che non abbiamo compreso, ma che possono essere scoperte e utilizzate in senso attuabile da organizzazioni sanitarie private e pubbliche, attraverso questo approccio di apprendimento automatico senza precedenti”, afferma l’autore senior dello studio William Balch, PhD, professore presso il Dipartimento di medicina molecolare presso Scripps Research.
I co-primi autori dello studio sono stati Salvatore Loguercio, PhD, uno scienziato del personale del laboratorio Balch al momento dello studio, e attualmente uno scienziato del personale presso lo Scripps Research Translational Institute; e Ben Calverley, PhD, ricercatore associato post-dottorato nel laboratorio di Balch.
Il laboratorio Balch è specializzato nello sviluppo di metodi computazionali, spesso basati sull’intelligenza artificiale, per chiarire come le variazioni genetiche alterano i sintomi e la diffusione delle malattie. Per questo studio, hanno applicato il loro approccio alla pandemia COVID-19. Hanno sviluppato un software di apprendimento automatico, utilizzando una strategia chiamata covarianza spaziale basata sul processo gaussiano, per mettere in relazione tre set di dati che coprono il corso della pandemia: le sequenze genetiche delle varianti SARS-CoV-2 trovate nelle persone infette in tutto il mondo, le frequenze di quelle varianti e il tasso di mortalità globale per COVID-19.
“Questo metodo computazionale utilizzava dati provenienti da archivi disponibili pubblicamente”, afferma Loguercio. “Ma può essere applicato a qualsiasi risorsa di mappatura genetica”.
Il software ha permesso ai ricercatori di tenere traccia di serie di cambiamenti genetici che compaiono nelle varianti SARS-CoV-2 in tutto il mondo. Questi cambiamenti, in genere tendenti all’aumento dei tassi di diffusione e alla riduzione dei tassi di mortalità, hanno significato l’adattamento del virus ai blocchi, l’uso di mascherine, i vaccini, l’aumento dell’immunità naturale nella popolazione globale e l’inesorabile competizione tra le stesse varianti di SARS-CoV-2.
“Potremmo vedere le varianti geniche chiave apparire e diventare più diffuse, poiché anche il tasso di mortalità è cambiato, e tutto ciò stava accadendo settimane prima che i VOC contenenti queste varianti fossero ufficialmente designati dall’OMS”, afferma Balch.
Lui e il suo team hanno dimostrato di poter utilizzare questo sistema di tracciamento SARS-CoV-2 come un “rilevatore di anomalie” di allerta precoce per le varianti genetiche associate a cambiamenti significativi nella diffusione virale e nei tassi di mortalità.
“Una delle grandi lezioni di questo lavoro è che è importante prendere in considerazione non solo alcune varianti importanti, ma anche le decine di migliaia di altre varianti non designate, che chiamiamo la ‘materia oscura variante'”, dice Balch.
Un sistema simile potrebbe essere utilizzato per tracciare l’evoluzione dettagliata delle future pandemie virali in tempo reale, osservano i ricercatori. In linea di principio, consentirebbe agli scienziati di prevedere i cambiamenti nella traiettoria di una pandemia, ad esempio un forte aumento dei tassi di infezione, in tempo per adottare adeguate contromisure di salute pubblica.
Balch e i suoi colleghi prevedono anche l’uso del loro approccio per comprendere meglio la biologia dei virus e quindi migliorare lo sviluppo di trattamenti e vaccini. Attualmente stanno usando il loro sistema di intelligenza artificiale per scoprire i dettagli chiave di come le diverse proteine SARS-CoV-2 hanno lavorato insieme nell’evoluzione della pandemia.
“Questo sistema e i suoi metodi tecnici sottostanti hanno molte possibili applicazioni future”, afferma Calverley.
Da un’altra testata giornalistica. news de www.sciencedaily.com
