AI-drevet overvåkingssystem for å bekjempe nye smittsomme sykdommer

AI-drevet overvåkingssystem for å bekjempe nye smittsomme sykdommer

Forskere har funnet en ny måte å identifisere flere smittsomme varianter av virus eller bakterier som sprer seg i mennesker - inkludert de som forårsaker influensa, COVID, kikhoste og tuberkulose.

Den nye tilnærmingen bruker prøver fra infiserte mennesker for å gi sanntidsovervåking av patogener som sirkulerer i menneskelige populasjoner og muliggjør rask og automatisk identifikasjon av vaksinevirus. Dette kan påvirke utviklingen av vaksiner som er mer effektive for å forebygge sykdom.

Tilnærmingen kan også raskt oppdage nye varianter med antibiotikaresistens. Dette kan påvirke valg av behandling for personer som blir smittet – og forsøk på å begrense spredningen av sykdommen.

Den bruker genetiske sekvenseringsdata for å gi informasjon om de genetiske endringene som ligger til grunn for fremveksten av nye varianter. Dette er viktig for å forstå hvorfor ulike varianter sprer seg ulikt i menneskelige populasjoner.

Bortsett fra etablerte COVID- og influensaovervåkingsprogrammer, er det svært få systemer på plass for å overvåke for nye smittsomme sykdommer. Teknikken representerer et stort fremskritt i forhold til den eksisterende tilnærmingen til å behandle disse sykdommene, som var avhengig av paneler av eksperter for å avgjøre når en sirkulerende bakterie eller virus hadde endret seg nok til å bli kalt en ny variant.

Ved å lage "slektstrær" identifiserer den nye tilnærmingen automatisk nye varianter basert på hvor mye et patogen har endret seg genetisk og hvor lett det sprer seg gjennom den menneskelige befolkningen - og eliminerer behovet for å innkalle eksperter til å gjøre dette.

Den kan brukes på et bredt spekter av virus og bakterier og krever bare noen få prøver fra infiserte mennesker for å oppdage varianter som sirkulerer i en populasjon. Dette gjør det spesielt verdifullt for ressurssvake miljøer.

Rapporten publiseres i bladet i dagNatur.

"Vår nye metode tilbyr en måte å vise overraskende raskt om det er nye overførbare varianter av patogener som sirkulerer i populasjoner - og den kan brukes for et bredt spekter av bakterier og virus," sa Dr. Noémie Lefrancq, hovedforfatter av rapporten, som utførte arbeidet ved Institutt for genetikk ved University of Cambridge.

Vi kan til og med bruke det til å forutsi hvordan nye varianter vil ta tak, slik at beslutninger kan tas raskt om hvordan vi skal reagere."

Dr. Noémie Lefrancq, ETH Zürich

"Vår metode gir en helt objektiv måte å oppdage nye stammer av patogene biller ved å analysere deres genetikk og hvordan de sprer seg gjennom befolkningen. Dette betyr at vi raskt og effektivt kan oppdage fremveksten av nye svært overførbare stammer," sa professor Julian Parkhill, en forsker ved University of Cambridges Institute of Veterinary Medicine, som var involvert i studien.

Tester teknologien

Ved hjelp av sin nye teknikk analyserte forskerne prøver av Bordetella pertussis, bakterien som forårsaker kikhoste. Mange land opplever for tiden de verste kikhosteutbruddene de siste 25 årene. Tre nye varianter ble umiddelbart identifisert som sirkulerte i befolkningen og som tidligere var uoppdaget.

"Den nye metoden viser seg å være svært tidsriktig for kikhostepatogenet, som krever økt overvåking gitt dets nåværende comeback i mange land og den bekymringsfulle fremveksten av antimikrobielle resistenslinjer," sa professor Sylvain Brisse, leder av Nasjonalt referansesenter for kikhoste ved Institut Pasteur, som ga bioressurser og ekspertise på analyser av pertusis av Bordetella-epidemiologi og pertussis.

I en andre test analyserte de prøver av Mycobacterium tuberculosis, bakterien som forårsaker tuberkulose. Det viste seg at to varianter med antibiotikaresistens sprer seg.

"Tilnærmingen vil raskt vise hvilke varianter av et patogen som gir størst bekymring når det gjelder sykdomspotensial. Dette betyr at en vaksine kan målrettes mot disse variantene for å gjøre den så effektiv som mulig," sier professor Henrik Salje ved Institutt for genetikk ved University of Cambridge, hovedforfatter av rapporten.

Han la til: "Hvis vi ser rask spredning av en antibiotikaresistent variant, kan vi endre antibiotikaen som er foreskrevet til personer som er infisert med den for å dempe spredningen av denne varianten."

Forskerne sier at dette arbeidet er en viktig brikke i det større puslespillet for enhver folkehelserespons på smittsomme sykdommer.

En konstant trussel

Bakterier og virus som forårsaker sykdom er i stadig utvikling for å spre seg bedre og raskere blant oss. Under COVID-pandemien førte dette til fremveksten av nye stammer: den opprinnelige Wuhan-stammen spredte seg raskt, men ble senere forbigått av andre varianter, inkludert Omicron, som utviklet seg fra originalen og spredte seg bedre. Denne utviklingen er basert på endringer i den genetiske sammensetningen til patogenene.

Patogener utvikles gjennom genetiske endringer som letter spredningen. Forskere er spesielt bekymret for genetiske endringer som gjør at patogener kan unnslippe immunforsvaret vårt og forårsake sykdom selv om vi er vaksinert mot dem.

"Dette arbeidet har potensial til å bli en integrert del av overvåkingssystemer for infeksjonssykdommer rundt om i verden, og innsikten det gir kan fullstendig forandre måten myndighetene reagerer på," sa Salje.

Kilder: