أدلة جديدة حول كيفية تطور الفيروس والاستجابة المناعية التي يمكن أن يثيرها

أدت اللقاحات الفعالة إلى تغيير مسار جائحة كوفيد-19 بشكل كبير، حيث منعت المرض، وخففت من شدته، وأنقذت ملايين الأرواح.

ومع ذلك، بعد مرور خمس سنوات، لا يزال فيروس SARS-CoV-2 منتشرًا، ويتطور في هذه العملية إلى سلالات جديدة تتطلب لقاحات محدثة للحماية ضدها.

لكن الأمر يستغرق وقتًا لتصميم وتصنيع وتوزيع لقاح جديد، وهو ما يثير سؤالًا مهمًا: كيف يمكن للعلماء إنشاء لقاحات لإصدارات من الفيروس لم تظهر بعد؟

ويأتي أحد الحلول من نموذج الذكاء الاصطناعي التنبئي المسمى EVE-Vax الذي بناه فريق من العلماء في كلية الطب بجامعة هارفارد، وائتلاف ماساتشوستس للاستعداد لمسببات الأمراض (MassCPR) بقيادة HMS، ومؤسسات أخرى.

يستخدم النموذج الجديد، الذي نُشر في مجلة Immunity، معلومات تطورية وبيولوجية وبنيوية عن الفيروس للتنبؤ ببروتينات السطح التي يُحتمل ظهورها مع تحور العامل الممرض وتصميمها، وقد نجح الباحثون في تطبيق EVE-Vax على فيروس SARS-CoV-2، حيث صمموا بروتينات فيروسية أثارت استجابات مناعية مماثلة للبروتينات الفعلية التي تطورت خلال جائحة كوفيد-19.

يشير البحث إلى أن النموذج يوفر معلومات قيّمة حول التطور المستقبلي للفيروس، ويمكن استخدامه لإنشاء مجموعات من البروتينات "المُصممة" لتقييم الحماية المستقبلية للقاحات.

ويأمل الباحثون أن يساعد النموذج العلماء في نهاية المطاف على تطوير لقاحات أفضل لمكافحة تفشي الفيروسات والأوبئة الناجمة عن الفيروسات سريعة الطفرات.

قال المؤلف الأول نور يوسف، وهو قائد علمي لمجموعة النمذجة التنبؤية لتصميم اللقاحات في مختبر ماركس في كلية الطب بجامعة هارفارد: "نظهر أنه إذا كان بإمكانك رؤية المكان الذي يتطور فيه الفيروس مسبقًا، فيمكنك البدء في صنع لقاحات مقاومة للمستقبل".

تطور EVE

منذ أكثر من عقد من الزمان، بدأت ديبورا ماركس، الأستاذة المشاركة في دراسة علم الأحياء النظمي في معهد بلافاتنيك في كلية الطب بجامعة هارفارد، ومختبرها في استكشاف ما إذا كان بإمكانهم استخدام ملايين السنين من المعلومات الجينية التطورية للتنبؤ ببنية ووظيفة البروتينات.

في ورقة بحثية نُشرت عام 2021، وصف الباحثون نموذج ذكاء اصطناعي ابتكروه بناءً على هذه الفكرة.

يستخدم هذا النموذج، المسمى EVE (النموذج التطوري لتأثير المتغيرات)، بيانات تطورية واسعة النطاق عبر الأنواع للتنبؤ بوظيفة البروتينات، وعند تطبيقه على البشر، تمكّن EVE من تفسير المتغيرات الجينية على أنها حميدة أو مسببة للأمراض.

مع انتشار جائحة كوفيد-19، قامت ماركس وفريقها بتكييف نموذجهم للتنبؤ بالسلوك الفيروسي.

قاموا ببناء برنامج EVEscape ، الذي طبّق قدرات EVE في التنبؤ بالبروتينات على البروتينات الفيروسية.

في ورقة بحثية نُشرت عام 2023، أظهر العلماء أنه لو وُجد برنامج EVEscape في بداية جائحة كوفيد-19، لكان قد تنبأ بطفرات فيروس SARS-CoV-2 الأكثر شيوعًا، ورصد المتحورات الأكثر إثارة للقلق، والتي من المرجح أن تُسبب ارتفاعًا حادًا في الإصابات البشرية.

دفع نجاح EVEscape الباحثين إلى التساؤل عما إذا كان نموذجهم قادرًا أيضًا على التنبؤ بالتطور المستقبلي للفيروسات سريعة التطور مثل SARS-CoV-2.

تُحدَّث لقاحات هذه الفيروسات سنويًا، مما يتطلب من العلماء تخمينًا مُستنيرًا قبل عام تقريبًا حول كيفية تطور البروتينات الفيروسية.

قد يؤدي هذا إلى عدم تطابق بين النسخة المُتوقعة من الفيروس المُستخدمة في تصميم اللقاح والنسخة الفعلية التي ستنتشر، وقد تُؤدي الفجوة بين التوقعات والواقع إلى انخفاض فعالية اللقاحات مقارنةً بما كانت ستكون عليه لو كانت النسختان أكثر تطابقًا.

ولحل هذه المشكلة، قام الباحثون بتطوير EVE-Vax، وهو نموذج يتنبأ بالبروتينات الفيروسية ويصممها والتي يمكن استخدامها لإبلاغ تطوير اللقاح مسبقًا.

وقال يوسف: "أردنا أن نرى ما إذا كان بوسعنا استخدام أساليبنا لإنشاء بروتينات جديدة تمامًا تكون وظيفية وتتمتع بنفس الاستجابة المناعية التي نراها مع الفيروسات الحقيقية".

ويأمل الفريق أن يوفر EVE-Vax للعلماء معلومات حاسمة حول الطرق المختلفة التي من المحتمل أن يتطور بها الفيروس، مما يمكنهم من تصميم لقاحات تحمي ضد الإصدارات المستقبلية من مسببات الأمراض.