ИИ может стать секретным оружием в предотвращении следующей глобальной пандемии

Еще в 2016 году, за четыре года до того, как пандемия привела к остановке мира, Программа Организации Объединенных Наций по окружающей среде (ЮНЕП) забила тревогу по поводу зоонозных заболеваний, назвав их ключевой новой проблемой, вызывающей глобальную озабоченность.

Сейчас, по данным Всемирной организации здравоохранения, около одного миллиарда случаев и миллионов смертей каждый год являются результатом зоонозов, при которых возбудители передаются от позвоночных животных к человеку. А из 30 новых человеческих вирусов, выявленных за последние три десятилетия, 75% произошли от других животных.

Но ученые из Монреальского университета полагают, что их новое моделирование искусственного интеллекта способно выявлять и предсказывать возникающие вирусные «горячие точки», за которыми стоит наблюдать, что может помочь в предотвращении вероятных вспышек инфекций, передаваемых от животных к человеку, и, в идеале, предотвратить что-либо подобное COVID. -19 чтобы не повторилось.

Алгоритм, на который исследователям потребовалось три года и 10 000 часов вычислений, смог выявить 80 000 новых потенциальных взаимодействий между вирусами и хостами, а также те места в мире, которые вызывают наибольшую озабоченность.

«Мы работали над этим проектом с первых нескольких месяцев 2020 года, еще до того, как началась пандемия», — сказал Тимоти Пуасо, профессор кафедры биологических наук Монреальского университета.

Благодаря машинному обучению, вместо того чтобы вручную создавать связи в данных, алгоритм смог оценить тысячи видов млекопитающих и тысячи вирусов и разработать все жизнеспособные комбинации.

«Основная проблема заключается в том, что мы знаем лишь об одном-двух процентах взаимодействий между вирусами и млекопитающими», — сказал Пуазо. «Сети разбросаны, и существует мало взаимодействий, которые сосредоточены всего в нескольких видах. Мы хотим знать, какой вид вируса может заразить тот или иной вид млекопитающих, чтобы мы могли установить, какие взаимодействия наиболее вероятны».

Команда использовала самый большой открытый набор данных CLOVER, в котором описано 5494 взаимодействия между 829 вирусами и 1081 млекопитающим-хозяином, большинство из которых сосредоточено на диких животных, а также несколько других наборов данных, включая проект филогении хозяина-патогена (HP3), Enhanced База данных инфекционных заболеваний (EID2) и Глобальная база данных паразитов млекопитающих, версия 2.0 (GHMPD2).

«Некоторые из имеющихся у нас наборов данных были устаревшими: они содержали устаревшие названия конкретных видов или содержали ошибки, поскольку данные вводились вручную», — сказал Пуазо о трудоемком процессе, который потребовался для машинное обучение. «После этого основной задачей было определить уровень уверенности в способности модели делать прогнозы».

Затем исследователи сосредоточились на 20 вирусах, которые считались вызывающими беспокойство и потенциально могли передаться человеку.

«У нас было много дискуссий в команде, потому что поначалу некоторые результаты показались нам странными», — сказал Пуазо, который был удивлен, увидев связанный с мышами вирус эктромелии, идентифицированный как вирус, за которым стоит следить. «Мы были настроены скептически, но когда мы изучили литературу, мы обнаружили, что были случаи заболевания у людей».

Исследователи также смогли определить регионы с помощью модели, что могло бы помочь ученым проводить исследования вирусов и вакцин более целенаправленно.

«Наша модель делает пространственные прогнозы, но, точнее, модель конкретно указывает, в какой группе млекопитающих и в каком месте могут быть обнаружены определенные типы вирусов», — сказал Пуазо.

Результаты выявили две области, представляющие особый интерес: бассейн Амазонки, где взаимодействие вируса и хозяина более оригинально и наиболее вероятно появление новых взаимодействий; и страны Африки к югу от Сахары, где алгоритм выявил новых хозяев, которые могут быть носителями зоонозных вирусов.

«Мы действительно меняем места, куда нам нужно идти и изучать млекопитающих, чтобы открывать новые вирусы», — объяснил Пуазо.

Хотя зоонозные патогены могут принимать различные формы – бактериальные, паразитарные, вирусные – ожидается, что их распространенность будет становиться все более распространенной, поскольку люди и животные, не относящиеся к человеку, продолжают занимать все больше одного и того же пространства.