في كل عام، يواجه خبراء الصحة العالميون قرارًا مصيريًا: أي سلالات الإنفلونزا يجب تضمينها في لقاح الموسم المقبل؟ يجب اتخاذ هذا القرار قبل أشهر، حتى قبل بدء الموسم. إذا تم اختيار اللقاح بشكل صحيح، فسيكون فعالًا للغاية. أما إذا لم يُوفق في اختياره، فستنخفض الحماية بشكل كبير، مما يؤدي إلى سيل من الحالات التي يمكن الوقاية منها، ويضع ضغطًا هائلًا على الأنظمة الصحية.

البروفيسورة ريجينا بارزيلاي (يسار) وطالبة الدراسات العليا ونشيان شي. الصورة: أخبار معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا

أصبح هذا التحدي أكثر شيوعًا خلال جائحة كوفيد-19، حيث ظهرت متحورات جديدة بالتزامن مع طرح اللقاحات. يتصرف فيروس الإنفلونزا بشكل مشابه - كـ"شقيق مزعج"، إذ يتحور باستمرار وبشكل غير متوقع، تاركًا تصميم اللقاح متأخرًا خطوة واحدة.

لتقليل الشكوك، ابتكر علماء في مختبر علوم الحاسوب والذكاء الاصطناعي (CSAIL) وعيادة عبد اللطيف جميل للتعلم الآلي في مجال الرعاية الصحية بمعهد ماساتشوستس للتكنولوجيا (MIT) نظام ذكاء اصطناعي يُسمى VaxSeer. يتنبأ هذا النظام بسلالة الإنفلونزا السائدة في المستقبل، ويحدد أفضل اللقاحات المرشحة للحماية قبل أشهر من تفشي المرض. تم تدريب VaxSeer على بيانات متراكمة على مدى عقود، بما في ذلك التسلسلات الجينية للفيروس ونتائج الاختبارات المعملية، لمحاكاة كيفية تطور الفيروس واستجابته للقاحات.

بخلاف النماذج التطورية التقليدية التي تُحلل طفرات الأحماض الأمينية الفردية، يستخدم VaxSeer "نموذج لغة البروتين" لدراسة العلاقة بين الهيمنة والآثار المُجتمعة لطفرات مُتعددة. يقول ونشيان شي، طالب الدكتوراه في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا والمؤلف الرئيسي للدراسة: "نُحاكي التغير الديناميكي للهيمنة، وهو أكثر ملاءمةً للفيروسات سريعة التطور مثل الإنفلونزا".

كيف يعمل VaxSeer؟

تحتوي هذه الأداة على محركين رئيسيين للتنبؤ:

الهيمنة: تقدير لاحتمال انتشار سلالة من الإنفلونزا.
القدرة على الاستضداد: تتنبأ بمدى فعالية اللقاح في تحييد تلك السلالة.
بدمج العاملين، يُنتج VaxSeer "درجة تغطية تنبؤية"، تُظهر مدى تطابق اللقاح مع سلالات الفيروس المستقبلية. كلما اقتربت هذه الدرجة من الصفر، كان التطابق أفضل.

وفي دراسة استرجاعية استمرت عشر سنوات، قارن فريق معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا توصيات شركة VaxSeer باختيارات منظمة الصحة العالمية (WHO) لنوعين فرعيين رئيسيين من الإنفلونزا: A/H3N2 وA/H1N1.

بالنسبة لفيروس A/H3N2، تفوقت توصيات شركة VaxSeer على توصيات منظمة الصحة العالمية في 9 من 10 مواسم وبائية.
بالنسبة لفيروس A/H1N1، كان النظام مساويا أو أفضل من منظمة الصحة العالمية في 6 من 10 مواسم.
ومن الجدير بالذكر أنه في موسم الإنفلونزا عام 2016، اختارت شركة VaxSeer سلالة لن تدرجها منظمة الصحة العالمية في اللقاح حتى العام التالي.

وتتوافق توقعات VaxSeer أيضًا بشكل وثيق مع بيانات فعالية اللقاح في العالم الحقيقي من مراكز السيطرة على الأمراض والوقاية منها (الولايات المتحدة)، وشبكة مراقبة الممارسة في كندا، وبرنامج I-MOVE في أوروبا.

السباق مع تطور الفيروس

يُقدّر برنامج VaxSeer معدل انتشار كل سلالة فيروسية باستخدام نموذج لغة البروتين، ثم يحسب الهيمنة بناءً على التنافس بين السلالات. بعد ذلك، تُدخل البيانات في إطار رياضي قائم على معادلات تفاضلية لمحاكاة الانتشار.

صورة المقال 78.jpg

بالنسبة لمقياس القدرة على الاستضداد، يتنبأ VaxSeer بفعالية اللقاح من خلال اختبار تثبيط التراص الدموي (اختبار HI)، وهو مقياس شائع لمقياس القدرة على الاستضداد.

وأكد شي أنه "من خلال نمذجة التطور الفيروسي واستجابات اللقاح، يمكن لأدوات الذكاء الاصطناعي مثل VaxSeer مساعدة مسؤولي الصحة على اتخاذ قرارات أسرع وأفضل، والبقاء على خطوة واحدة للأمام في السباق بين العدوى والمناعة".

يركز VaxSeer حاليًا على بروتين الهيماجلوتينين (HA)، وهو مستضد الإنفلونزا الرئيسي. قد تتضمن الإصدارات المستقبلية بروتين النورامينيداز (NA)، أو التاريخ المناعي، أو عمليات التصنيع، أو الجرعة. كما يعمل الفريق على تطوير طريقة للتنبؤ بتطور الفيروس في حال عدم توفر بيانات، استنادًا إلى العلاقات بين عائلات الفيروسات.

قالت ريجينا بارزيلاي، الأستاذة المتميزة في الذكاء الاصطناعي والطب بمعهد ماساتشوستس للتكنولوجيا والمؤلفة المشاركة في الدراسة: "إن VaxSeer هي محاولتنا لمواكبة الوتيرة السريعة لتطور الفيروسات".

علق جون ستوكس، الأستاذ المساعد في جامعة ماكماستر (كندا)، قائلاً: "الأمر المذهل ليس فقط النتائج الحالية، بل أيضًا إمكانية التوسع في مجالات أخرى: التنبؤ بتطور البكتيريا المقاومة للأدوية أو السرطانات المقاومة للعلاج. هذا نهج جديد كليًا، يسمح بتصميم حلول طبية قبل أن تتاح للمرض فرصة تجاوز الحاجز."

(وفقا لمعهد ماساتشوستس للتكنولوجيا)

المصدر: https://vietnamnet.vn/mit-phat-trien-cong-cu-ai-du-doan-virus-cum-cuu-hang-trieu-ca-benh-2439275.html