AI-drivet övervakningssystem för att bekämpa nya infektionssjukdomar

AI-drivet övervakningssystem för att bekämpa nya infektionssjukdomar

Forskare har hittat ett nytt sätt att identifiera fler smittsamma varianter av virus eller bakterier som sprids hos människor - inklusive de som orsakar influensa, covid, kikhosta och tuberkulos.

Den nya metoden använder prover från infekterade människor för att tillhandahålla realtidsövervakning av patogener som cirkulerar i mänskliga populationer och möjliggöra snabb och automatisk identifiering av vaccinvirus. Detta kan påverka utvecklingen av vacciner som är mer effektiva för att förebygga sjukdomar.

Tillvägagångssättet kan också snabbt upptäcka nya varianter med antibiotikaresistens. Detta kan påverka valet av behandling för personer som blir smittade – och försök att begränsa spridningen av sjukdomen.

Den använder genetisk sekvenseringsdata för att ge information om de genetiska förändringarna som ligger till grund för uppkomsten av nya varianter. Detta är viktigt för att förstå varför olika varianter sprider sig olika i mänskliga populationer.

Bortsett från etablerade program för övervakning av covid och influensa, finns det väldigt få system på plats för att övervaka nya varianter av infektionssjukdomar. Tekniken representerar ett stort framsteg jämfört med det befintliga tillvägagångssättet för att behandla dessa sjukdomar, som förlitade sig på paneler av experter för att avgöra när en cirkulerande bakterie eller virus hade förändrats tillräckligt för att kallas en ny variant.

Genom att skapa "släktträd" identifierar det nya tillvägagångssättet automatiskt nya varianter baserat på hur mycket en patogen har förändrats genetiskt och hur lätt den sprider sig genom den mänskliga befolkningen - vilket eliminerar behovet av att sammankalla experter för att göra detta.

Den kan användas på ett brett spektrum av virus och bakterier och kräver endast ett fåtal prover från infekterade människor för att upptäcka varianter som cirkulerar i en population. Detta gör det särskilt värdefullt för resurssvaga miljöer.

Rapporten publiceras i tidningen idagNatur.

"Vår nya metod erbjuder ett sätt att förvånansvärt snabbt visa om det finns nya överförbara varianter av patogener som cirkulerar i populationer - och den kan användas för ett brett spektrum av bakterier och virus", säger Dr Noémie Lefrancq, huvudförfattare till rapporten, som utförde arbetet vid Institutionen för genetik vid University of Cambridge.

Vi kan till och med använda den för att förutsäga hur nya varianter kommer att få fäste, så beslut kan fattas snabbt om hur vi ska svara.”

Dr Noémie Lefrancq, ETH Zürich

"Vår metod ger ett helt objektivt sätt att upptäcka nya stammar av patogena skalbaggar genom att analysera deras genetik och hur de sprider sig genom befolkningen. Det betyder att vi snabbt och effektivt kan upptäcka uppkomsten av nya mycket överförbara stammar", säger professor Julian Parkhill, forskare vid University of Cambridges Institute of Veterinary Medicine, som var involverad i studien.

Testar tekniken

Med hjälp av sin nya teknik analyserade forskarna prover av Bordetella pertussis, bakterien som orsakar kikhosta. Många länder upplever för närvarande de värsta kikhosteutbrotten under de senaste 25 åren. Tre nya varianter identifierades omedelbart som cirkulerade i befolkningen och som tidigare inte upptäckts.

"Den nya metoden visar sig vara mycket läglig för kikhostepatogenen, som kräver ökad övervakning med tanke på dess nuvarande återkomst i många länder och den oroande uppkomsten av antimikrobiella resistenslinjer", säger professor Sylvain Brisse, chef för National Reference Centre for Pertussis vid Institut Pasteur, som tillhandahöll bioresurser och expertis om pertusisanalyser av Bordetella-epidemiologi.

I ett andra test analyserade de prover av Mycobacterium tuberculosis, bakterien som orsakar tuberkulos. Det visade sig att två varianter med antibiotikaresistens sprider sig.

"Tillvägagångssättet kommer snabbt att visa vilka varianter av en patogen som är mest oroande när det gäller sjukdomspotential. Det betyder att ett vaccin kan riktas mot dessa varianter för att göra det så effektivt som möjligt", säger professor Henrik Salje vid institutionen för genetik vid University of Cambridge, huvudförfattare till rapporten.

Han tillade: "Om vi ​​ser snabb spridning av en antibiotikaresistent variant kan vi ändra antibiotikan som ordinerats till personer som är infekterade med det för att bromsa spridningen av denna variant."

Forskarna säger att detta arbete är en viktig del i det större pusslet för alla folkhälsoresponser på infektionssjukdomar.

Ett ständigt hot

Bakterier och virus som orsakar sjukdomar utvecklas ständigt för att spridas bättre och snabbare bland oss. Under covid-pandemin ledde detta till uppkomsten av nya stammar: den ursprungliga Wuhan-stammen spred sig snabbt, men blev senare omkörd av andra varianter, inklusive Omicron, som utvecklades från originalet och spred sig bättre. Denna utveckling är baserad på förändringar i patogenernas genetiska sammansättning.

Patogener utvecklas genom genetiska förändringar som underlättar deras spridning. Forskare är särskilt oroade över genetiska förändringar som gör att patogener kan undvika vårt immunsystem och orsaka sjukdomar trots att vi är vaccinerade mot dem.

"Det här arbetet har potential att bli en integrerad del av övervakningssystem för infektionssjukdomar runt om i världen, och de insikter det ger kan helt förändra hur regeringar reagerar", sa Salje.

Källor: