Система за наблюдение, управлявана от изкуствен интелект за борба с възникващи инфекциозни заболявания

Система за наблюдение, управлявана от изкуствен интелект за борба с възникващи инфекциозни заболявания

Изследователите откриха нов начин за идентифициране на по-инфекциозни варианти на вируси или бактерии, които се разпространяват при хората - включително тези, които причиняват грип, COVID, магарешка кашлица и туберкулоза.

Новият подход използва проби от заразени хора, за да осигури мониторинг в реално време на патогени, циркулиращи в човешките популации, и да позволи бързо и автоматично идентифициране на вирусите на ваксината. Това може да повлияе на разработването на ваксини, които са по-ефективни за предотвратяване на заболявания.

Подходът може също бързо да открие нововъзникващи варианти с антибиотична резистентност. Това може да повлияе на избора на лечение за хората, които се заразяват - и опитите за ограничаване на разпространението на болестта.

Той използва данни за генетично секвениране, за да предостави информация за генетичните промени, които са в основата на появата на нови варианти. Това е важно за разбирането защо различните варианти се разпространяват по различен начин в човешките популации.

Освен установените програми за наблюдение на COVID и грип, съществуват много малко системи за наблюдение за възникващи варианти на инфекциозни заболявания. Техниката представлява голям напредък в сравнение със съществуващия подход за лечение на тези заболявания, който разчита на групи от експерти, за да решат кога циркулираща бактерия или вирус се е променил достатъчно, за да бъде наречен нов вариант.

Създавайки „родословни дървета“, новият подход автоматично идентифицира нови варианти въз основа на това колко генетично се е променил даден патоген и колко лесно се разпространява в човешката популация – премахвайки необходимостта от свикване на експерти, за да направят това.

Може да се използва върху широк спектър от вируси и бактерии и изисква само няколко проби от заразени хора за откриване на варианти, циркулиращи в популацията. Това го прави особено ценен за среди с бедни ресурси.

Докладът е публикуван в списанието днесПриродата.

„Нашият нов метод предлага начин да покажем изненадващо бързо дали има нови трансмисивни варианти на патогени, циркулиращи в популациите – и може да се използва за широк спектър от бактерии и вируси“, каза д-р Noémie Lefrancq, водещ автор на доклада, който е извършил работата в катедрата по генетика в университета в Кеймбридж.

Можем дори да го използваме, за да предвидим как новите варианти ще се утвърдят, така че бързо да се вземат решения за това как да се отговори.“

Д-р Noémie Lefrancq, ETH Zurich

„Нашият метод предоставя напълно обективен начин за откриване на нови щамове на патогенни бръмбари чрез анализиране на тяхната генетика и как се разпространяват в популацията. Това означава, че можем бързо и ефективно да открием появата на нови силно трансмисивни щамове“, каза професор Джулиан Паркхил, изследовател в Института по ветеринарна медицина на университета в Кеймбридж, който участва в изследването.

Тестване на технологията

Използвайки новата си техника, изследователите анализираха проби от Bordetella pertussis, бактерията, която причинява магарешка кашлица. В момента много страни преживяват най-тежките епидемии от магарешка кашлица през последните 25 години. Веднага бяха идентифицирани три нови варианта, които циркулираха в популацията и преди това не бяха открити.

„Новият метод се оказва много навременен за патогена на коклюш, който изисква засилено наблюдение предвид сегашното му завръщане в много страни и тревожната поява на линии на антимикробна резистентност“, каза професор Силвен Брисе, ръководител на Националния референтен център за коклюш в Института Пастьор, който предостави биоресурси и експертиза за анализи на генома и епидемиология на Bordetella pertussis.

При втори тест те анализираха проби от Mycobacterium tuberculosis, бактерията, която причинява туберкулоза. Оказа се, че се разпространяват два варианта с антибиотична резистентност.

„Подходът бързо ще покаже кои варианти на даден патоген предизвикват най-голямо безпокойство по отношение на потенциала за заболяване. Това означава, че ваксината може да бъде насочена срещу тези варианти, за да стане възможно най-ефективна“, каза професор Хенрик Сале от катедрата по генетика в университета в Кеймбридж, водещ автор на доклада.

Той добави: „Ако видим бързо разпространение на резистентен на антибиотици вариант, бихме могли да променим антибиотика, предписван на хора, заразени с него, за да ограничим разпространението на този вариант.“

Изследователите казват, че тази работа е важна част от по-големия пъзел на всяка реакция на общественото здраве към инфекциозни заболявания.

Постоянна заплаха

Бактериите и вирусите, които причиняват болести, непрекъснато се развиват, за да се разпространяват по-добре и по-бързо сред нас. По време на пандемията от COVID това доведе до появата на нови щамове: оригиналният щам Ухан се разпространи бързо, но по-късно беше изпреварен от други варианти, включително Омикрон, който еволюира от оригинала и се разпространява по-добре. Това развитие се основава на промени в генетичния състав на патогените.

Патогените се развиват чрез генетични промени, които улесняват тяхното разпространение. Учените са особено загрижени за генетичните промени, които позволяват на патогените да избягват имунната ни система и да причиняват заболяване, въпреки че сме ваксинирани срещу тях.

„Тази работа има потенциала да се превърне в неразделна част от системите за наблюдение на инфекциозните болести по света и прозренията, които предоставя, могат напълно да трансформират начина, по който правителствата реагират“, каза Сале.

източници: