Historicky je vývoj vakcín produktom adaptácie. Verejné zdravotníctvo sa stále snaží aktualizovať zloženia dostupných liečiv, aby reagovalo na novovznikajúce varianty vírusov.
Umelá inteligencia pomohla navrhnúť štruktúru, ktorá dokáže bojovať proti viacerým koronavírusom naraz. Zdroj: iStock.com/MargJohnsonVA
Článok publikovaný v časopise Journal of Infection prináša správu o univerzálnej vakcíne proti koronavírusu, ktorú navrhla umelá inteligencia (AI). Úspešne sa dokončila prvá klinická skúška fázy 1 na ľuďoch. Vakcína vyvinutá výskumníkmi z Cambridgeskej univerzity dokazuje, že výpočtové metódy umelej inteligencie dokážu posunúť medicínske stratégie vpred a pripraviť medicínu na budúcnosť.
Mutujúce vírusy a superantigény
Tradičné imunizačné stratégie sa spoliehajú na vystavenie ľudského imunitného systému oslabenému patogénu alebo časti jeho štruktúry (ako spike proteín v prípade SARS-CoV-2) zo známeho variantu vírusu. Problém je v tom, že keď vírus prejde významnými genómovými zmenami (mutáciami), vytvorené protilátky sú proti takémuto vírusu neúčinné.
Na prekonanie výskumníci využili umelú inteligenciu, ktorá zoskenovala tisíce vírusových genetických sekvencií v rodokmeni Sarbecovirus, rod obsahujúci SARS-CoV-2 (COVID-19) a iné vysoko rizikové netopierie koronavírusy.
Primárnou funkciou umelej inteligencie bola extrakcia nemenných biologických sekvencií. Algoritmus krížovo skúmal rôzne vírusové genómy ľudí a zvierat. Následne umelá inteligencia identifikovala vysoko konzervované oblasti – segmenty vírusu, ktoré sa nedajú ľahko zmutovať bez toho, aby došlo k ohrozeniu štrukturálnej integrity alebo zániku samotného vírusu.
Po identifikovaní konzervovaných častí umelá inteligencia výpočtovo skonštruovala novú syntetickú molekulárnu štruktúru známu ako superantigén. Tento antigén v prírode neexistuje. Bol navrhnutý tak, aby zastupoval spoločné základné genetické črty celej vírusovej rodiny.
Maskovanie glykánmi
Mnohé vírusy ako HIV a chrípka pokrývajú svoje povrchy glykánovým štítom, molekulami cukru, ktoré zabraňujú naviazaniu protilátok. Glykánový štít tak slúži na ochranu najdôležitejších funkčných oblastí vírusu. Vírus zámerne necháva svoje nedôležité časti odkryté ako návnadu. Imunitný systém tak stráca čas napádaním týchto odkrytých nedôležitých častí, ktoré vírus ľahko zmení mutáciou, čím sa vytvorené protilátky stanú nepoužiteľnými.
Pri maskovaní glykánmi je tento proces opačný. Ide o techniku používanú pri navrhovaní vakcín. Synteticky sa pridávajú ďalšie glykány, ktoré zakrývajú nedôležité časti vírusu. Imunitný systém tak neplytvá energiou na nedôležité návnady. Telo je nútené nájsť spôsob, ako zacieliť kritické, zraniteľné a funkčné oblasti vírusu. To vedie k produkcii vysoko špecifických a široko neutralizujúcich protilátok. Tento prístup zabezpečuje, že výsledná protilátková odpoveď je zameraná výlučne na univerzálne štruktúry a je účinná aj proti mutácii.
Klinické štúdie
Pre overenie počítačom vytvorenej vakcíny je dôležitá jej implementácia do živých systémov. Klinická štúdia fázy 1 bola navrhnutá predovšetkým na vyhodnotenie bezpečnosti, znášanlivosti a počiatočnej imunitnej aktivácie. Štúdia zahŕňala údaje 39 zdravých dospelých dobrovoľníkov vo veku od 18 do 50 rokov.
Štúdia nepreukázala významné ani závažné nežiaduce reakcie. Syntetický superantigén bol tolerovaný všetkými 39 účastníkmi. Imunologické mapovanie potvrdilo, že vakcína úspešne vyvolala krížové imunitné odpovede. Imunitné systémy dobrovoľníkov boli schopné rozpoznať SARS-CoV-2, ale aj odlišné netopierie koronavírusy, ktoré sa ešte nerozšírili do ľudskej populácie.
Vakcína pEVAC-PS bola kategorizovaná ako DNA vakcína. DNA vakcína má oproti mRNA vakcíne vyššiu tepelnú stabilitu a robustnú chemickú štruktúru. DNA vakcína je stabilná pri izbovej teplote oproti mRNA vakcíne, ktorá si vyžaduje teploty medzi -20 °C až -80 °C pre dlhodobé uchovávanie.
DNA vakcína je podávaná bezihlovým mikrofluidicko-tryskovým injekčným systémom. Táto technológia využíva vysokotlakové prúdy kvapaliny na priame vstrekovanie vakcíny cez kožnú bariéru bez tradičnej ihly. Bezihlové prúdové podávanie výrazne minimalizuje riziko náhodných poranení zdravotníckeho personálu a výrazne zjednodušuje logistiku hromadného očkovania.
Budúcnosť vakcín
Úspech prvej klinickej fázy na ľuďoch je nepopierateľným míľnikom pre medicínu. Odborníci na biotechnológiu však vyzývajú k zdržanlivému optimizmu.
Úspešné absolvovanie tejto fázy štúdie potvrdzuje, že molekula navrhnutá umelou inteligenciou bezpečne interaguje s ľudskou biológiou. Je to však len prvý krok na dlhej ceste optimalizácií a testovania. Počiatočné imunitné reakcie si budú vyžadovať ďalšiu optimalizáciu, aby boli dostatočne robustné na zaručenie dlhodobej ochrany celej populácie. Ďalšie fázy výskumu budú systematicky testovať skutočnú účinnosť vakcíny a hodnotiť trvanie imunitnej ochrany, ktorú poskytuje.
Overenie superantigénu navrhnutého umelou inteligenciou otvára dvere k vytvoreniu budúcich superantigénov na výskum vakcín proti ďalším vysokorizikovým vírusovým rodinám vrátane chrípky a filovírusov (Ebola).
Zdroje: Journal Of Infection, University of Cambridge
(KAM)
