Nadzorni sistem, ki ga poganja umetna inteligenca, za boj proti nastajajočim nalezljivim boleznim

Nadzorni sistem, ki ga poganja umetna inteligenca, za boj proti nastajajočim nalezljivim boleznim

Raziskovalci so našli nov način za prepoznavanje bolj nalezljivih različic virusov ali bakterij, ki se širijo pri ljudeh – vključno s tistimi, ki povzročajo gripo, COVID, oslovski kašelj in tuberkulozo.

Novi pristop uporablja vzorce okuženih ljudi za zagotavljanje spremljanja patogenov, ki krožijo v človeški populaciji v realnem času, ter omogoča hitro in samodejno identifikacijo virusov cepiva. To bi lahko vplivalo na razvoj cepiv, ki bodo učinkovitejša pri preprečevanju bolezni.

Pristop lahko tudi hitro odkrije nastajajoče različice z odpornostjo na antibiotike. To bi lahko vplivalo na izbiro zdravljenja ljudi, ki se okužijo – in na poskuse zajezitve širjenja bolezni.

Uporablja podatke o genetskem zaporedju za zagotavljanje informacij o genetskih spremembah, ki so podlaga za nastanek novih variant. To je pomembno za razumevanje, zakaj se različne različice različno širijo v človeški populaciji.

Poleg uveljavljenih programov za nadzor COVID-a in gripe je na voljo zelo malo sistemov za spremljanje nastajajočih različic nalezljivih bolezni. Tehnika predstavlja velik napredek v primerjavi z obstoječim pristopom k zdravljenju teh bolezni, ki se je zanašal na skupine strokovnjakov, ki so odločali, kdaj se je krožeča bakterija ali virus dovolj spremenila, da se imenuje nova različica.

Z ustvarjanjem "družinskih dreves" novi pristop samodejno identificira nove različice na podlagi tega, koliko se je patogen genetsko spremenil in kako enostavno se širi skozi človeško populacijo - pri čemer odpravlja potrebo po sklicu strokovnjakov za to.

Uporablja se lahko za širok spekter virusov in bakterij in zahteva le nekaj vzorcev okuženih ljudi za odkrivanje različic, ki krožijo v populaciji. Zaradi tega je še posebej dragocen za okolja z revnimi viri.

Poročilo je danes objavljeno v revijiNarava.

"Naša nova metoda ponuja način, da presenetljivo hitro pokažemo, ali obstajajo nove prenosljive različice patogenov, ki krožijo v populaciji - in jo je mogoče uporabiti za širok spekter bakterij in virusov," je povedala dr. Noémie Lefrancq, glavna avtorica poročila, ki je opravila delo na Oddelku za genetiko na Univerzi v Cambridgeu.

Lahko ga celo uporabimo za napovedovanje, kako se bodo nove različice uveljavile, tako da se lahko hitro odločimo, kako se odzvati.«

Noémie Lefrancq, ETH Zurich

"Naša metoda zagotavlja popolnoma objektiven način za odkrivanje novih sevov patogenih hroščev z analizo njihove genetike in tega, kako se širijo skozi populacijo. To pomeni, da lahko hitro in učinkovito zaznamo pojav novih visoko prenosljivih sevov," je povedal profesor Julian Parkhill, raziskovalec na Inštitutu za veterinarsko medicino Univerze v Cambridgeu, ki je sodeloval pri študiji.

Testiranje tehnologije

S svojo novo tehniko so raziskovalci analizirali vzorce Bordetella pertussis, bakterije, ki povzroča oslovski kašelj. Številne države se trenutno soočajo z najhujšimi izbruhi oslovskega kašlja v zadnjih 25 letih. Takoj so bile identificirane tri nove različice, ki so krožile v populaciji in jih prej niso odkrili.

"Nova metoda se je izkazala za zelo pravočasno za patogen oslovskega kašlja, ki zahteva povečan nadzor glede na njegovo trenutno vrnitev v mnogih državah in zaskrbljujoč pojav protimikrobnih odpornosti," je dejal profesor Sylvain Brisse, vodja Nacionalnega referenčnega centra za oslovski kašelj na Inštitutu Pasteur, ki je zagotovil biološke vire in strokovno znanje o analizah genoma in epidemiologiji Bordetella pertussis.

V drugem testu so analizirali vzorce Mycobacterium tuberculosis, bakterije, ki povzroča tuberkulozo. Izkazalo se je, da se širita dve različici z odpornostjo na antibiotike.

"Pristop bo hitro pokazal, katere različice patogena so najbolj zaskrbljujoče v smislu potenciala bolezni. To pomeni, da je mogoče cepivo usmeriti proti tem različicam, da bo čim bolj učinkovito," je povedal profesor Henrik Salje z oddelka za genetiko na Univerzi v Cambridgeu, glavni avtor poročila.

Dodal je: "Če opazimo hitro širjenje na antibiotike odporne različice, bi lahko spremenili antibiotik, predpisan ljudem, okuženim z njo, da bi omejili širjenje te različice."

Raziskovalci pravijo, da je to delo pomemben del v večji uganki vsakega odziva javnega zdravja na nalezljive bolezni.

Stalna grožnja

Bakterije in virusi, ki povzročajo bolezni, se nenehno razvijajo, da bi se bolje in hitreje širili med nami. Med pandemijo COVID je to povzročilo nastanek novih sevov: prvotni sev Wuhan se je hitro razširil, a so ga kasneje prehitele druge različice, vključno z omikronom, ki se je razvil iz prvotnega in se bolje širil. Ta razvoj temelji na spremembah v genetski zasnovi patogenov.

Patogeni se razvijejo z genetskimi spremembami, ki olajšajo njihovo širjenje. Znanstveniki so še posebej zaskrbljeni zaradi genetskih sprememb, ki omogočajo patogenom, da se izognejo našemu imunskemu sistemu in povzročijo bolezen, čeprav smo proti njim cepljeni.

"To delo ima potencial, da postane sestavni del sistemov za nadzor nalezljivih bolezni po vsem svetu, vpogledi, ki jih ponuja, pa bi lahko popolnoma spremenili način odzivanja vlad," je dejal Salje.

Viri: