Nature：预测工具走在病毒突变之前

随着COVID-19大流行的到来和发展，世界对SARS-CoV-2令人印象深刻的进化能力感到措手不及。这种病毒不断变异，以微妙而实质性的方式改变其结构，从而绕过了旨在击败它的疫苗和疗法。

由哈佛医学院和牛津大学的研究人员开发的一种名为EVEscape的新人工智能工具可以在新的病毒变体出现之前对它们进行预测。

该工具有两个要素:预测病毒可能发生的变化的进化序列模型，以及有关病毒的详细生物学和结构信息。总之，它们使EVEscape能够预测病毒进化过程中最有可能发生的变异。

在周三发表在《Nature》杂志上的一项研究中，研究人员表明，如果EVEscape在COVID-19大流行开始时部署，它将预测最频繁的突变，并确定SARS-CoV-2最令人担忧的变体。该工具还对其他病毒做出了准确的预测，包括艾滋病毒和流感。

研究人员现在正在使用EVEscape来展望SARS-CoV-2并预测未来的变体，每隔两周，他们就会发布一份新变种的排名。最终，这些信息可以帮助科学家开发更有效的疫苗和治疗方法。研究小组还在扩大研究范围，纳入更多的病毒。

研究人员首先在一个不同的背景下开发了EVE，即变异效应进化模型的缩写：导致人类疾病的基因突变。EVE的核心是一个生成模型，该模型基于跨物种的大规模进化数据来学习预测蛋白质的功能。

在之前的一项研究中，EVE使研究人员能够从涉及各种疾病（包括癌症和心律失常）的基因的良性突变中辨别出致病因素。

通讯作者Debora Marks说：“我们低估了生物在压力下发生变异的能力，而且有大量的种群可以这样做。病毒是灵活的——几乎就像它们进化了一样。”

看着疫情的蔓延，Marks和她的团队看到了一个提供帮助的机会：他们将EVE重建为一个名为EVEscape的新工具，目的是预测病毒的变异。

他们采用了EVE的生成模型——它可以预测病毒蛋白的突变，但不会干扰病毒的功能——并添加了病毒的生物学和结构细节，包括最容易被免疫系统靶向的区域的信息。

“我们正在获取有关免疫系统如何工作的生物信息，并将其与我们从病毒更广泛的进化史中所学到的知识分层。”Marks实验室前研究员、共同主要作者Nicole Thadani解释说。

Marks强调，这种方法意味着EVEscape具有灵活的框架，可以很容易地适应任何病毒。

在这项新研究中，研究小组将时钟拨回到2020年1月，就在COVID-19大流行开始之前。然后，他们要求EVEscape预测SARS-CoV-2会发生什么。

EVEscape预测在大流行期间会发生哪些SARS-CoV-2突变，其准确性与测试病毒与免疫系统产生的抗体结合能力的实验方法相似。EVEscape在预测哪些突变最普遍方面优于实验方法。更重要的是，EVEscape可以比基于实验室的测试更快、更有效地做出预测，因为它不需要等待相关抗体在人群中出现并可用于测试。

此外，EVEscape预测了随着大流行的进展以及病毒发生突变以逃避这些治疗，哪些基于抗体的疗法将失去功效。

该工具还能够筛选每周产生的数万种新的SARS-CoV-2变体，并确定最有可能成为问题的变体。

在最后一步，研究小组证明EVEscape可以推广到其他常见病毒，包括艾滋病毒和流感。