Кембриджский университет ищет «универсальную вакцину», чтобы опередить будущие пандемии

Одной из особенностей таких вирусов, как SARS-CoV-2, вызывающего пандемию COVID-19, является их способность мутировать и порождать новые варианты, что вынуждает постоянно обновлять существующие вакцины, чтобы они оставались эффективными против новых штаммов. Это, в некотором смысле, заставляет нас всегда отставать на один шаг. Однако команда под руководством Кембриджского университета намерена изменить подход: вместо того чтобы реагировать на появление новой угрозы, она стремится опередить её, используя искусственный интеллект (ИИ) для разработки антигенов, способных распознавать общие характеристики семейства коронавирусов. Таким образом, можно было бы предотвратить будущие пандемии до того, как они возникнут. «Исследование вызвало значительный резонанс как в научном сообществе, так и в средствах массовой информации, в ряде которых говорится о большом прорыве в создании вакцины с помощью ИИ. Тем не менее в статье, опубликованной в журнале «Journal of Infection», хотя и упоминается использование вычислительного метода на этапе разработки антигена, акцент делается не столько на ИИ, сколько на том, что вакцина была разработана на основе ДНК — технологии, которая обладает рядом преимуществ по сравнению с традиционными подходами — и доказала свою безопасность при применении на людях». И хотя ИИ и не является центральной темой этой новости, использование этих технологий в медицине, безусловно, приобретает всё большее значение. Давайте теперь разберемся, в чем заключалось это испытание и почему оно действительно важно». Речь идет об «универсальной вакцине», поскольку она была разработана для распознавания общих характеристик сарбековирусов — подрода коронавирусов, в который входят SARS-CoV, вызвавший вспышку заболевания в 2002 году; SARS-CoV-2, вызвавший пандемию COVID-19; а также многочисленные коронавирусы, присутствующие у летучих мышей и обладающие зоонозным потенциалом (передача от животных к человеку). Идея заключается в том, что, воздействуя на эти общие участки, а не на конкретный вариант, вакцина может обеспечить более широкую защиту от этого семейства вирусов. «По словам исследователей, новая вакцина основана на технологии, позволяющей выделять наиболее консервативные участки спайкового белка — те, которые наименее изменяются у различных сарбековирусов, — для индукции иммунного ответа, направленного против них». Именно на этом этапе в игру вступает искусственный интеллект. Вместо того чтобы разрабатывать антиген на основе одного известного вируса, исследователи использовали вычислительные инструменты для анализа тысяч генетических последовательностей коронавирусов человека и животных и выявления паттернов, которые остаются практически неизменными у всех из них. На основе этой информации они разработали новый антиген, который затем был включен в состав экспериментальной вакцины. «Сегодня мы всегда на шаг отстаем от вируса. «Сейчас речь идет о том, чтобы опередить события», — объясняет газете «El Comercio» Рональд Варгас, консультативный директор магистерской программы по управлению услугами здравоохранения в Centrum PUCP. «Они использовали искусственный интеллект для анализа огромной базы данных, содержащей всю генетическую и структурную информацию о коронавирусах, с целью выявления и создания антигена, общего для различных коронавирусов и возможных вариантов». «Именно так исследователи создали новый антиген. Хотя в ряде СМИ широко распространился термин «суперантиген», он не фигурирует в научном исследовании и не входит в номенклатуру, используемую его авторами. По мнению Варгаса, решающее значение использования этой технологии заключается в возможности анализировать большие базы данных за короткое время. «Это потребовало бы огромного труда и очень много времени, если бы попытались сделать это традиционным способом, с использованием обычных ресурсов, без применения системы искусственного интеллекта», — говорит он. Специалист объясняет, что в условиях, когда разработка молекулы для лечения заболевания может занять до 15 лет, а уровень неудач очень высок (от 90 % до 97 %), искусственный интеллект может помочь сократить эти сроки и повысить эффективность и результативность всего процесса. «То же самое касается борьбы с будущими пандемиями». Если у вас уже есть предварительные, тщательно изученные и подтвержденные знания, вы начинаете с совершенно иной отправной точки, когда вирус, циркулирующий среди животных, в результате мутаций перескакивает на человека. Хотя по-прежнему необходимо вносить корректировки, разработка будет проходить гораздо быстрее, поскольку уже имеется предварительная работа, на которой можно строить дальнейшие исследования». «Прежде чем вакцина поступит на рынок, она должна пройти несколько четко установленных этапов, начиная с предварительной фазы, на которой проводятся испытания на клеточных культурах и животных, и заканчивая четвертой фазой, на которой она получает одобрение и разрешается ее долгосрочное наблюдение». Кембриджское испытание находится на так называемой фазе I, в ходе которой вакцина вводится небольшой группе людей с целью оценки предварительной безопасности препарата. В данном случае испытания проводились на 39 участниках в возрасте от 18 до 50 лет. «По итогам испытаний в исследовании сделан вывод, что «хотя результаты по безопасности были обнадеживающими, иммуногенность pEVAC-PS [название вакцины] оказалась умеренной и неоднородной». Это означает, что на данном первом этапе вакцина продемонстрировала безопасность, однако реакция иммунной системы была ограниченной и не проявлялась с одинаковой интенсивностью у всех участников. «Второе исследование, в котором примут участие около 200 человек, позволит лучше понять, насколько эффективно вакцина стимулирует иммунную систему. Однако это не означает, что вакцина уже доказала свою эффективность». «Именно определение того, достаточна ли эта иммунная реакция для обеспечения защиты от инфекции, станет целью следующих этапов». По мнению Фанни Касадо, преподавательницы факультета инженерии ПУКП и исследовательницы Института омических наук и прикладной биотехнологии (ICOBA), из этого исследования ясно, что «с точки зрения результата эффект был скромным; с точки зрения процесса разработка действительно очень инновационна». Доктор считает, что главный вклад исследования заключается не столько в полученных на данный момент результатах, сколько в том, что удалось продемонстрировать: антиген, разработанный с помощью компьютерных инструментов, смог пройти все этапы регулирования и доклинических испытаний и впервые был протестирован на людях. «По-настоящему новаторским является не только искусственный интеллект, но и то, что этот проект удалось довести до клинических испытаний на людях», — объясняет она. До сих пор искусственный интеллект мог помогать в процессе разработки вакцины. Новизна этого исследования заключается в том, что один из этих проектов прошел доклинические испытания и впервые стал экспериментальной вакциной, проходящей испытания на людях». Варгас, в свою очередь, также соглашается с этим, отмечая, что задача регулирующих органов — таких как FDA, EMA или регулирующее агентство Великобритании — заключалась в том, чтобы определить, как оценивать эти инструменты искусственного интеллекта. «Прежде всего необходимо установить, чем они являются с точки зрения регулирования, и для них они представляют собой медицинские устройства (medical devices). «Прежде всего необходимо доказать, что инструмент искусственного интеллекта является надежным, что он действительно делает то, что обещает», — комментирует он. В этом смысле специалист считает, что одним из уроков, извлеченных из пандемии, является необходимость укрепления странами своих регуляторных возможностей для внедрения подобных инноваций. «Что мы действительно должны сделать, так это быть готовыми с точки зрения регулирования. Во время пандемии мы не были готовы», — утверждает он. Однако токсиколог Касадо не только отмечает новаторское использование ИИ в испытании, но и делает акцент на внедрении ДНК-вакцины, которая содержит генетические инструкции, позволяющие клеткам вырабатывать антиген и с его помощью вызывать иммунный ответ. «Интересно то, что искусственный интеллект позволил сделать то, чего раньше не делали». «Традиционно вакцина должна была разрабатываться на основе чего-то уже существующего и экспериментально подтвержденного», — говорит она в интервью газете «Эль-Коммерсио». «Доктор объясняет, что вакцины традиционно разрабатывались на основе белков. Разница заключается в том, что белок уже имеет определённую трёхмерную структуру, тогда как ДНК содержит лишь информацию для её построения». «То, что сделал ИИ, и это мне кажется действительно интересным, — это то, что он взял эту линейную информацию из ДНК и предсказал, какие эпитопы могут сформироваться на основе известных правил сворачивания белков. Другими словами, он сгенерировал с помощью компьютера огромное количество возможных эпитопов, прежде чем тестировать их экспериментально». «ДНК-вакцины на протяжении многих лет использовались преимущественно в ветеринарии, и к их массовому применению у людей относились с осторожностью, главным образом из-за теоретических опасений относительно возможной интеграции ДНК в геном». «Тем не менее, в самом исследовании отмечается, что этот риск крайне низок и что в ходе регуляторных оценок он считается незначительным. Однако исторически это было одной из причин, по которым их разработка продвигалась более медленно. «Главное преимущество ДНК-вакцин — их стабильность. В отличие от других платформ, они не требуют экстремальных условий холодовой цепи для хранения и транспортировки, что облегчает их распространение в отдаленных районах или в странах с ограниченными ресурсами». Кроме того, в ходе этого исследования ДНК вводилась внутрикожно с помощью безигольного инъекционного устройства — технологии, которая упрощает введение вакцины, исключает образование острых отходов и может облегчить проведение широкомасштабных кампаний по иммунизации, особенно в условиях ограниченной медицинской инфраструктуры.