人工智能技術(shù)助力新冠疫苗研發(fā)
20世紀(jì)90年代初，國際知名學(xué)者周海中先生曾經(jīng)預(yù)言：“人工智能技術(shù)將廣泛應(yīng)用到各學(xué)科領(lǐng)域，會產(chǎn)生意想不到的效果?！比缃?，越來越多的事實證明了他的這一預(yù)言。醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，人工智能技術(shù)在流行病方面起著不可或缺的作用。目前，新型冠狀病毒肺炎（COVID-19）及其變異奧密克戎(Omicron)仍在全球蔓延；為構(gòu)筑免疫屏障，一方面進(jìn)行新冠疫苗接種或者使用新冠口服藥，另一方面堅持實施有效的預(yù)防措施。
無論是對新冠病毒進(jìn)行基因測序，找到病毒來源以及傳播宿主，還是研制病毒疫苗或者特效藥，人工智能技術(shù)在抗擊新冠方面都大有用武之地。最近，世界衛(wèi)生組織(WHO)就現(xiàn)有的疫苗對新冠病毒及其變異作了初步的評估；他們表示研發(fā)新冠通用疫苗是一個值得期待的選項，但圍繞究竟需要多少時間這一問題卻難下定論。不少研究機構(gòu)都在利用人工智能技術(shù)來開發(fā)新冠疫苗，已初步取得顯著成果。
例如，日本電氣股份有限公司(NEC)最近在利用人工智能技術(shù)來研發(fā)下一代新冠疫苗。目前使用的針對新冠肺炎病毒的信使核糖核酸(mRNA)疫苗將含有編碼抗原蛋白的mRNA導(dǎo)入人體，形成相應(yīng)的抗原蛋白，從而誘導(dǎo)機體產(chǎn)生特異性免疫反應(yīng)，達(dá)到預(yù)防免疫的效果。但是，近期新冠肺炎病毒的刺突蛋白中出現(xiàn)了大量變異，導(dǎo)致疫苗的防護效果下降。所以該公司的戰(zhàn)略是，將刺突蛋白以外的病毒蛋白都作為候選抗原，排除那些容易變異的部分；為此，研究人員通過讓人工智能技術(shù)學(xué)習(xí)免疫反應(yīng)的實驗數(shù)據(jù)來確定候選抗原體。
又如，英國帝國理工學(xué)院研制新冠疫苗的工作原理是，利用人工智能技術(shù)來訓(xùn)練免疫系統(tǒng)識別特定病原體(如病毒、寄生蟲或細(xì)菌)的感染并作出反應(yīng)。每種疫苗的核心都是抗原(一種基于部分病原體的小而安全的分子)，它能觸發(fā)保護性免疫反應(yīng)。大多數(shù)疫苗抗原基于單一病原體成分，如冠狀病毒的刺突蛋白，或瘧疾寄生蟲的外殼蛋白，而這限制了疫苗應(yīng)對新變體的有效性和能力。為解決這個問題，研究人員將基因組、流行病學(xué)、免疫學(xué)等綜合在一起，創(chuàng)造出全新的合成抗原。
又如，美國西北大學(xué)正在使用人工智能技術(shù)來加快新冠肺炎疫苗的研究。該校研究人員開發(fā)出一種新的算法，可以預(yù)測哪些疫苗研究的結(jié)果最有可能被復(fù)制；可復(fù)制，意味著可以再次獲得研究結(jié)果，是研究結(jié)論有效的關(guān)鍵信號。這一模型考慮的因素要比評審專家更多，因此評估疫苗的準(zhǔn)確性和有效性會更高。他們認(rèn)為，單獨使用該模型，其準(zhǔn)確性與公開研究和證據(jù)系統(tǒng)化置信系統(tǒng)相當(dāng)，若人機結(jié)合使用，準(zhǔn)確性會更高。
再如，瑞士蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院的研究團隊最近開發(fā)出利用人工智能技術(shù)來預(yù)測包括新冠病毒在內(nèi)的冠狀病毒未來變種的新方法；它有望促進(jìn)下一代抗體療法及疫苗的研發(fā)，為制定公共衛(wèi)生政策提供重要參考。研究人員表示，這種新方法有助于開發(fā)下一代抗體療法，目前他們已經(jīng)研制出了一些抗體，該方法可以確定哪些抗體具有最廣泛的活性，也有望促進(jìn)下一代新冠疫苗的開發(fā)。
其實，中國百度公司在解決新冠疫苗問題方面早已貢獻(xiàn)了一臂之力。該公司在2020年就推出全球首個mRNA疫苗基因序列設(shè)計算法LinearDesign，這是專門用于優(yōu)化mRNA序列設(shè)計的高效算法。針對新冠mRNA疫苗序列，LinearDesign能在十幾分鐘內(nèi)完成序列設(shè)計，大大提升了疫苗設(shè)計的穩(wěn)定性和蛋白質(zhì)表達(dá)水平，有效解決了mRNA疫苗研發(fā)中最重要的穩(wěn)定性問題。
由此可見，人工智能技術(shù)與生物制藥技術(shù)的深度結(jié)合，把新冠疫苗研發(fā)的“大海撈針”變成“按圖索驥”。完全可以相信，在廣大科技人員的努力和人工智能技術(shù)的助力下，新冠疫苗的研發(fā)很快就能實現(xiàn)關(guān)鍵核心技術(shù)的重大突破，這將為全人類的生命健康保駕護航。
文/李小麗(作者為美國洛克菲勒大學(xué)博士后)
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來源：千家網(wǎng)