פלטפורמה חדשה המופעלת על ידי AI יכולה לעזור למדענים ולפקידי הבריאות לתפוס את הגרסה COVID-19 הבאה לפני שהיא מתפשטת, מה שמציע לעולם התחלה מכריעה במאבק נגד מגיפות עתידיות.
מחקר: במעקב גנומי של סיליקו על ידי כיסוי מנבא ומאפיין גרסאות עניין של SARS-COV-2. קרדיט תמונה: peterschreiber.media/shutterstock.com
חוקרים במרכז הלמהולץ לחקר זיהום והמרכז הגרמני למחקר זיהום פיתחו פלטפורמה מבוססת אינטרנט כדי לזהות ולאפיון בנוגע לגרסאות של תסמונת נשימה חריפה חריפה Coronavirus 2 (SARS-COV-2) בשלב מוקדם של התפתחותם. המחקר מתפרסם ב תקשורת טבעו
רֶקַע
SARS-COV-2, הפתוגן הסיבתי של מחלת Coronavirus 2019 (COVID-19) מגיפה, הוא נגיף RNA חד-גדילי וחיובי עם יכולת גבוהה של רכישת מוטציות במהלך התפתחותו. מוטציות אלה עלולות להגדיל את יכולת ההעברה, הפתוגניות או יכולת הבריחה החיסונית של הנגיף, מה שמוביל להופעתם של גרסאות זיהומיות יותר או מזיקות יותר, המיועדות כגרסאות של דאגה (VOC) או גרסאות עניין (VOI) על ידי ארגון הבריאות העולמי (WHO).
יכולת בריחה חיסונית גבוהה מאפשרת ל- SARS-COV-2 להתחמק מחסינות אנטי-ויראלית שפותחה באמצעות זיהום או חיסון קודמים. זה מדגיש את הצורך לשדרג לעתים קרובות את החיסונים של COVID-19 כדי לשמור על יעילותם כנגד גרסאות במחזור.
תוכניות מעקב גנומיות נגיפיות בקנה מידה גדול יושמו במספר מדינות ברחבי העולם כדי לפקח ברציפות על התפתחות והסתגלות SARS-COV-2 וזיהוי בזמן של VOCs חדשים. זה הוביל לייצור כמות עצומה של נתוני רצף גנום ויראלי במסד הנתונים של GISAID. למרות שמסד הנתונים של GISAID סייע מאוד לחוקרים ופקידי בריאות הציבור לאפיין את ההתפתחות הוויראלית, נותרו שיטות נדרשות כדי לפרש ברציפות רצפים אלה ולהבטיח מייד את המשך היעילות של החיסונים.
במחקר הנוכחי, החוקרים פיתחו שיטת ניתוח מקוונת, מערכת הכיסוי, למעקב הגנומי של SARS-COV-2.
מערכת הכיסוי
מערכת הכיסוי מנתחת נתוני רצף גנומי של SARS-COV-2 ממסד הנתונים של GISAID, המכיל יותר מ- 16.5 מיליון רצפים. המערכת מנבאת ומאפיינת ברציפות VOIs פוטנציאליים מתעוררים לפי ארץ מוצא לדינמיקת זן ושינויים אנטיגניים.
המערכת כוללת חבילה של שיטות סטטיסטיות וביו -אינפורמטיות, כולל הבדיקה והתיקון המדויקים של פישר להשוואה מרובה, המשווה את המוטציות המתרחשות בחלבון הספייק על פני זנים ויראליים שונים בחודש נתון. זנים ויראליים עם מוטציות גבוהות יותר באופן משמעותי מהממוצע צפויים להילוך גבוה יותר או יכולת בריחה חיסונית גבוהה יותר. לאחר מכן הם מוצגים בפלטפורמת הכיסוי בגרפיקה מיוחדת הנקראת "מפות חום" כך שהמשתמשים יוכלו לראות מתי ואיפה מתרחשים שינויים משמעותיים בנגיף.
אימות מערכת
החוקרים בדקו את האמינות של מערכת הכיסוי על ידי ניתוח נתוני רצף גנום של VOCs ידועים, כולל גרסת האומיקרון של SARS-COV-2. הם הבחינו כי המערכת יכולה לזהות רצפים אלה כ- VOC בממוצע 79 ימים לפני ייעוד ה- WHO.
המערכת השתמשה בשיטה המבקשת שינויים של חומצת אמינו על בסיס יכולת בריחה חיסונית ויראלית כדי לזהות גרסאות SARS-COV-2 עם שינויים אנטיגניים. ציוני השינויים האנטיגניים הללו מחושבים באמצעות מטריצה המשקלת מוטציות על פני כל חלבון הספייק, ולא רק באתרים אנטיגניים ידועים בעבר. הם מסומנים כנגד נתוני נטרול ניסיוניים לצורך אימות.
במפות החום, ציוני השינויים האנטיגניים הללו גדלו בסדר ברור, והציגו תחילה גרסאות שרק מנוטרות, ואחריהם VoIs, ולבסוף, בצורה החזקה ביותר, את ה- VOC, הנחשבים למזיקים במיוחד.
משמעות המחקר
המחקר מתאר את ההתפתחות והאימות של פלטפורמת מעקב גנומית, כיסוי, המוניטור ברציפות שילב נתוני רצף גנום SARS-COV-2 כדי לזהות ולאפיין VOIs פוטנציאליים מהפצת זנים ויראליים במועד. זה גם מציע את מידת השינויים האנטיגניים שלהם ואללים של חלבון ספייק עם שינויים ספציפיים של חומצות אמינו שעשויות לספק יתרון סלקטיבי.
מערכת הכיסוי כוללת שלוש שיטות חדשות: שיטה אחת מגלה VOIs פוטנציאליים עם העברה גבוהה יותר; שיטה שנייה מנתחת את הדינמיקה של חומצות אמינו משתנות בכל חלבוני ה- Spure Spike העיקריים כדי להצביע על אלה שעשויים להעניק יתרון סלקטיבי; ושיטה שלישית המבקשת את מידת השינוי האנטיגני של כל גרסה באמצעות מטריצת בריחה חיסונית חד כיוונית.
ההערכה המערכתית של הכיסוי מצביעה על כך שהמערכת יכולה לזהות 88% מה- VOIs ו- VOC המועדים על ידי ה- WHO, בדיוק של 79% וזכרם של 72%, יותר מחודשיים לפני ייעוד ה- WHO הרשמי שלהם. לא היו חסרים VOC, ורוב השושלות שהוחמצו היו רלוונטיות לבריאות הציבור נמוכה יותר (גרסאות תחת ניטור).
התחזיות שנעשו על ידי כיסוי תלויות בהיקף ובאיכותן של תוכניות מעקב גנומיות ויראליות מתמשכות למדינות בודדות. הניתוח נעשה מבחינה מדינה ועשוי להיות מושפע גם מההשפעות הגנטיות של האוכלוסייה כאשר מספר המקרים נמוך. כל הפחתה במעקב הגנומי יכולה אפוא להשפיע על יכולתו החיזוי.
מספר פלטפורמות אחרות מבוססות אינטרנט, כולל NextStrain, Covariants, CovidCG, Evescape ו- SpikePro, עוקבים אחר גרסאות SARS-Cov-2 ומאפיינות את התדרים המוטגניים שלהן. עם זאת, אף אחת מהפלטפורמות הללו לא קלעה ברציפות את כל הגרסאות המסתובבות לטובת יתרון פוטנציאלי ושינוי אנטיגני בזמן אמת. הם גם לא מספקים מידוד כנגד נתוני אנטיגניות ניסיוניים כפי שעושה הכיסוי.
יתר על כן, מערכת הכיסוי משלבת נתוני GISAID עם קישורים למשאבים אלטרנטיביים מבוססי אינטרנט. הוא מציע ניתוח לשחזור, גישה פתוחה למידע נוסף על גרסאות נבחרות, ומספק משאב מקיף למעקב גנומי ויראלי.
הורד את עותק ה- PDF שלך עכשיו!
