تتمتع الفيروسات بقدرة خارقة على التطور بسرعة. ويعد كوفيد-19 مثالا صارخا. ومع تحور الفيروس من بيتا إلى دلتا إلى أوميكرون، استمر الوباء وأغلق العالم. وسارع العلماء إلى تكييف اللقاحات والعلاجات مع المتغيرات الجديدة. وكانت للفيروس اليد العليا؛ كنا نلعب اللحاق بالركب.
ذكاء اصطناعي يمكن للجين الذي طورته جامعة هارفارد أن يقلب مجرى الأمور من خلال السماح لنا بالتنبؤ بالمتغيرات الجديدة قبل وصولها. يُطلق على الذكاء الاصطناعي اسم EVEscape، وهو عبارة عن نوع من آلة "أوراكل" للتطور الفيروسي.
تدرب على البيانات التي تم جمعها قبل بعد الوباء، تمكنت الخوارزمية من التنبؤ بالطفرات المتكررة والمتغيرات المثيرة للقلق لكوفيد-19، وأنشأت قائمة بالمتغيرات المستقبلية المتعلقة أيضًا. قلب الأداة هو نموذج الذكاء الاصطناعي التوليدي، مثل تلك التي تعمل على توفير الطاقة لوح or شات جي بي تيولكنها تتضمن العديد من العوامل البيولوجية المختارة بعناية لتعكس الطفرات الفيروسية بشكل أفضل.
لم يتم تصميم الأداة خصيصًا لـ Covid-19 فقط، بل إنها تتنبأ بدقة بمتغيرات فيروسات الأنفلونزا وفيروس نقص المناعة البشرية واثنين من الفيروسات التي لم تتم دراستها والتي يمكن أن تثير أوبئة مستقبلية.
"نريد أن نعرف ما إذا كان بإمكاننا توقع التنوع في الفيروسات والتنبؤ بالمتغيرات الجديدة" محمد الدكتورة ديبورا ماركس، التي قادت الدراسة في معهد بلافاتنيك في كلية الطب بجامعة هارفارد. "لأننا إذا استطعنا، فسيكون ذلك مهمًا للغاية لتصميم اللقاحات والعلاجات".
وكان هناك توجه قوي لاستخدام الذكاء الاصطناعي للتنبؤ بالطفرات الفيروسية خلال المراحل الحادة للوباء. على الرغم من كونها مفيدة، إلا أن معظم النماذج اعتمدت على معلومات حول المتغيرات الموجودة ولم تتمكن إلا من إنتاج تنبؤات قصيرة المدى.
في المقابل، يستخدم EVEscape علم الجينوم التطوري لإلقاء نظرة خاطفة على أصل الفيروس، مما يؤدي إلى تنبؤات أطول وربما وقت كافٍ للتخطيط للمستقبل والرد.
وقالت مؤلفة الدراسة الدكتورة نور يوسف: “نريد أن نعرف كيف يمكننا بالفعل تصميم لقاحات وعلاجات مقاومة للمستقبل”.
تطورت لتتطور
على الرغم من أن الفيروسات قابلة للتكيف بشكل كبير مع ضغوط الانتقاء الطبيعي، إلا أنها لا تزال تتطور مثل الكائنات الحية الأخرى. تتغير مادتهم الوراثية بشكل عشوائي. تقلل بعض الطفرات من قدرتها على إصابة المضيفين. ويقتل آخرون مضيفيهم قبل أن يتمكنوا من التكاثر. لكن في بعض الأحيان، تتعثر الفيروسات عبر متغير Goldilocks، وهو النوع الذي يحافظ على صحة المضيف بما يكفي لتكاثر الفيروس وانتشاره كالنار في الهشيم. وعلى الرغم من أن هذه المتغيرات مفيدة لبقاء الفيروسات، إلا أنها تثير كوارث عالمية للبشرية، كما هو الحال مع كوفيد-19.
لقد سعى العلماء منذ فترة طويلة إلى التنبؤ بالطفرات الفيروسية وتأثيراتها. لسوء الحظ، من المستحيل التنبؤ بجميع الطفرات المحتملة. يحتوي فيروس كورونا النموذجي على ما يقرب من 30,000 ألف حرف وراثي. عدد المتغيرات المحتملة أكبر من جميع المتغيرات الجسيمات الأولية-أي الإلكترونات والكواركات والجسيمات الأساسية الأخرى-في الكون.
ركزت الدراسة الجديدة على حل أكثر عملية. ننسى تعيين كل متغير. في ظل البيانات المحدودة، هل يمكننا على الأقل التنبؤ بالأشياء الخطيرة؟
هيا نلعب الشرير
تحول الفريق إلى EVEوهو ذكاء اصطناعي تم تطويره سابقًا لتعقب المتغيرات الجينية المسببة للأمراض لدى البشر. يوجد في قلب الخوارزمية نموذج توليدي عميق يمكنه التنبؤ بوظيفة البروتين دون الاعتماد فقط على الخبرة البشرية.
لقد تعلم الذكاء الاصطناعي من التطور. مثل علماء الآثار الذين يقارنون الهياكل العظمية لأبناء عمومة أشباه البشر لإلقاء نظرة خاطفة على الماضي، قام الذكاء الاصطناعي بفحص تسلسل الحمض النووي الذي يشفر البروتينات عبر الأنواع. الاستراتيجية فقد كشفت عن متغيرات جينية مهمة للصحة لدى البشر، على سبيل المثال، تلك المرتبطة بالسرطان أو مشاكل القلب.
"يمكنك استخدام هذه النماذج التوليدية لتعلم أشياء مذهلة من المعلومات التطورية، فالبيانات تحتوي على أسرار مخفية يمكنك الكشف عنها". محمد ماركس.
أعادت الدراسة الجديدة تدريب EVE للتنبؤ بالمتغيرات الجينية في الفيروسات. واستخدموا SARS-CoV-2، الفيروس الذي يقف وراء كوفيد-19، كدليل أول على المفهوم.
كان المفتاح هو دمج الاحتياجات البيولوجية للفيروس في مجموعة بيانات الذكاء الاصطناعي.
المحرك الأساسي للفيروس هو البقاء. وهي تتحور بسرعة، الأمر الذي يؤدي في بعض الأحيان إلى تغيرات جينية يمكنها تفادي اللقاحات أو علاجات الأجسام المضادة. ومع ذلك، فإن الطفرة نفسها قد تدمر قدرة الفيروس على الإمساك بمضيفه والتكاثر، وهو عيب واضح.
ولاستبعاد هذه الأنواع من الطفرات، قارن الذكاء الاصطناعي تسلسلات البروتين من مجموعة واسعة من الفيروسات التاجية المكتشفة قبل الوباء - فيروس السارس الأصلي، على سبيل المثال، وفيروس "نزلات البرد". كشفت هذه المقارنة عن أجزاء الجينوم الفيروسي التي تم حفظها. هؤلاء المشرفون الجينيون هم الأساس لبقاء الفيروس. ونظرًا لأن فيروسات كورونا الأخرى وSARS-CoV-2 تشترك في أصل جيني مشترك، فمن المحتمل أن تؤدي الطفرات في هذه الجينات إلى الوفاة بدلاً من المتغيرات القابلة للحياة.
على النقيض من ذلك، توقع الذكاء الاصطناعي أن تكون البروتينات الشوكية هي المكون المرن للفيروس الذي من المرجح أن يتطور. وهذه البروتينات المنتشرة على طول سطح الفيروس، هي بالفعل أهداف للقاحات وعلاجات الأجسام المضادة. التغييرات في هذه البروتينات يمكن أن تقلل من فعالية العلاجات الحالية.
العودة إلى المستقبل
الإدراك المتأخر هو 20/20 عند تحليل الوباء. لكن إلقاء نظرة خاطفة على ما قد يأتي - بدلاً من محاولة اللحاق بالركب - أمر ضروري إذا أردنا القضاء على الوباء التالي في مهده.
ولاختبار القدرات التنبؤية للذكاء الاصطناعي، قام الفريق بمطابقة توقعاته مع قاعدة بيانات GISAID (المبادرة العالمية لمشاركة جميع بيانات الأنفلونزا) لقياس دقتها. وعلى الرغم من اسمها، تحتوي قاعدة البيانات على 750,000 ألف تسلسل فريد من التسلسل الجيني لفيروس كورونا.
حددت EVEscape المتغيرات الأكثر احتمالية للانتشار - مثل دلتا وأوميكرون، على سبيل المثال - مع رؤية 50 بالمائة من أهم توقعاتها خلال الوباء اعتبارًا من مايو 2023. التعلم الآلي السابق بطريقة EVEscape كانت جيدة مرتين في التنبؤ بالطفرات والتنبؤ بالمتغيرات التي من المرجح أن تفلت من علاجات الأجسام المضادة.
تذكر الماضي
تكمن قوة EVEscape الخارقة في إمكانية استخدامه مع فيروسات أخرى. لقد سيطر كوفيد على اهتمامنا على مدى السنوات الثلاث الماضية. لكن الفيروسات الأقل شهرة تكمن في صمت. على سبيل المثال، تنتشر فيروسات لاسا ونيباه بشكل متقطع في بلدان غرب أفريقيا وجنوب غرب آسيا، ولها القدرة على الانتشار الوبائي. يمكن علاج الفيروسات بالأجسام المضادة، لكنها تتحور بسرعة.
باستخدام EVEscape، توقع الفريق حدوث طفرات هروبية في هذه الفيروسات، بما في ذلك تلك المعروفة بالفعل بقدرتها على تجنب الأجسام المضادة.
ومن خلال الجمع بين علم الوراثة التطوري والذكاء الاصطناعي، يُظهر هذا العمل أن "مفتاح النجاح المستقبلي يعتمد على تذكر الماضي". محمد الدكاترة. Nash D. Rochman وEugene V. Koonin من المركز الوطني لمعلومات التكنولوجيا الحيوية والمكتبة الوطنية للطب في ماريلاند، ولم يشاركا في الدراسة.
يتمتع EVEscape بالقدرة على التنبؤ بالمتغيرات المستقبلية للفيروسات، حتى تلك غير المعروفة حتى الآن. ويمكنه تقدير خطر حدوث جائحة، مما قد يجعلنا نتقدم خطوة واحدة على تفشي المرض التالي.
ويستخدم الفريق الآن الأداة للتنبؤ بالمتغير التالي لـ SARS-CoV-2. إنهم يتتبعون الطفرات كل أسبوعين و رتب إمكانات كل متغير لإثارة موجة كوفيد أخرى. تتم مشاركة البيانات مع منظمة الصحة العالمية و الكود متاح بشكل علني.
بالنسبة لروشمان وكونين، يمكن لمجموعة أدوات الذكاء الاصطناعي الجديدة أن تساعد في إحباط الوباء التالي. وكتبوا: "يمكننا الآن أن نأمل أن يظل فيروس كورونا (COVID-19) معروفًا إلى الأبد باعتباره الوباء الأكثر اضطرابًا في تاريخ البشرية".
مصدر الصورة: جسيم فيروس SARS-CoV2 / المعهد الوطني للحساسية والأمراض المعدية ، المعاهد الوطنية للصحة
- محتوى مدعوم من تحسين محركات البحث وتوزيع العلاقات العامة. تضخيم اليوم.
- PlatoData.Network Vertical Generative Ai. تمكين نفسك. الوصول هنا.
- أفلاطونايستريم. ذكاء Web3. تضخيم المعرفة. الوصول هنا.
- أفلاطون كربون، كلينتك ، الطاقة، بيئة، شمسي، إدارة المخلفات. الوصول هنا.
- أفلاطون هيلث. التكنولوجيا الحيوية وذكاء التجارب السريرية. الوصول هنا.
- المصدر https://singularityhub.com/2023/11/13/how-generative-ai-could-help-us-predict-the-next-pandemic/
