واکسن طراحی شده با هوش مصنوعی برای خانواده کروناویروس

اگر یک واکسن بتواند دستگاه ایمنی شما را طوری آموزش دهد که نه تنها یک کروناویروس، بلکه کل خانوادهٔ آن‌ها را شناسایی کند، چه می‌شود؟ پژوهشگران کمبریج گامی جسورانه به سوی این ایده برداشته‌اند و یک مؤلفهٔ واکسن طراحی‌شده توسط هوش مصنوعی را وارد آزمایش‌های انسانی کرده‌اند.

به‌جای پایه‌گذاری واکسن بر یک سویهٔ شناخته‌شده، تیم توالی‌های ژنتیکی ده‌ها کروناویروس، آن‌هایی که انسان را آلوده می‌کنند و بسیاری که در حیوانات گردش می‌کنند، را به یک سامانهٔ یادگیری ماشینی دادند. الگوریتم با بررسی شباهت‌ها و تفاوت‌ها، یک «آنتی‌ژن پان» مصنوعی را ساخت: آنتی‌ژنی موزاییکی که از قطعات مشترک و کندِ تغییرِ بسیاری از ویروس‌ها ساخته شده است. به‌زبان ساده، این واکسن بخش‌هایی از ویروس را نشان می‌دهد که احتمال جهش در آن‌ها کمتر است تا شناخت ایمنی شاید در برابر سویه یا جهش غیرمنتظرهٔ بعدی باقی بماند.

واکسن‌ها با آموزش حافظهٔ ایمنی عمل می‌کنند. مشکل این است که برخی ویروس‌ها در زمان تکثیر ظاهر خود را بازنویسی می‌کنند. نتیجه این است که واکسن دیروز ممکن است در برابر سویهٔ فردا اثربخشی خود را از دست بدهد. روش کمبریج تلاش می‌کند تا از این بازی موش و گربه فرار کند، با هدف‌گیری نواحی حفاظت‌شده، یعنی ویژگی‌های مولکولی که در طول زمان بسیار کمتر تغییر می‌کنند، تا یک طراحی واحد بتواند محافظت گسترده‌تری ارائه دهد.

این کارآزمایی به دلیل یک نکته ساده قابل توجه است: برای نخستین بار یک مؤلفهٔ عمدهٔ واکسن به‌طور کامل توسط هوش مصنوعی طراحی و سپس روی انسان‌ها آزمایش شده است. در مرحلهٔ اولیه، 39 داوطلب نامزد را دریافت کردند. نتایج ایمنی قابل قبول بود. پاسخ‌های ایمنی متواضع اما قابل اندازه‌گیری بود، دقیقاً همان نشانهٔ اولیه‌ای که نیازمند آزمون بزرگ‌تری است. یک مطالعهٔ پیگیری با حدود 200 شرکت‌کننده هم‌اکنون در حال انجام است تا مشخص شود آیا تحریک ایمنی در مقیاس بزرگ نیز افزایش می‌یابد یا خیر.

دانشمندان خارج از پروژه هشدار داده‌اند که ایمنی انسان پیچیده است. سال‌ها مواجهه، عفونت‌های پیشین و بیولوژی فردی پیش‌بینی‌هایی را که از آزمایشگاه یا روی حیوانات به دست می‌آید، پیچیده می‌کنند. با این حال، کارشناسان می‌گویند این مفهوم امیدوارکننده است: وقتی ویروس به‌سرعت تغییر می‌کند، طراحی محاسباتی می‌تواند هم‌زمان در میان ژنوم‌های متعدد جستجو کند و ساختارهای آنتی‌ژنی پیشنهاد دهد که انسان‌ها ممکن است هرگز به آن‌ها نرسیده باشند.

کاربردها فراتر از کروناویروس‌ها است. همان استراتژی مبتنی بر هوش مصنوعی برای واکسن جهانی آنفلوآنزا که می‌تواند نیاز به بازفرمولاسیون‌های سالانه را کاهش یا حذف کند، برای نامزدهای آنفلوآنزای H5N1 و حتی برای واکسن‌های علیه تب‌های خونریزی‌دهنده ویروسی مانند ابولا در حال بررسی است. ایده ساده و قدرتمند است: استفاده از داده و محاسبه برای استخراج اهداف مشترک و پایدار یک خانوادهٔ ویروسی، سپس آزمودن اینکه آیا آن نقشهٔ مصنوعی دستگاه ایمنی را برای شناسایی تهدیدات آینده آموزش می‌دهد یا نه.

اگر کارآزمایی‌های بزرگ‌تر ایمنی و پاسخ‌های ایمنی قوی‌تری را تأیید کنند، آنتی‌ژن‌های طراحی‌شده توسط هوش مصنوعی می‌توانند نحوه و سرعت آمادگی ما برای همه‌گیری بعدی را دگرگون کنند.

مطالعهٔ کامل در مجلهٔ عفونت منتشر شده است و جامعهٔ علمی با دقت پیگیر خواهد بود که چگونه این مطالعات انسانی پیشرفت می‌کنند و این فناوری به پاتوژن‌های با ریسک بالا دیگر اعمال می‌شود.