I laboratori stanno perseguendo almeno otto diversi tipi di vaccino. Questi includono quelli tradizionali basati su virus inattivati, così come quelli nuovi e più sperimentali che implicano l'uso di materiale genetico - i cosiddetti vaccini a DNA e RNA - così come altri basati su proteine ​​speciali o altri agenti biologici.

Sebbene variano nei dettagli, gli attacchi virali al corpo iniziano principalmente allo stesso modo. Quando un virus entra nel corpo, diciamo attraverso la bocca o il naso, si infiltra nelle cellule sane legandosi ai recettori sulla superficie delle cellule. Il virus può quindi dirottare il meccanismo delle cellule per creare più copie di se stesso e ne consegue un'infezione. 

Se questo non è sufficiente per controllare l'infezione, ad esempio se l'agente patogeno è nuovo per il nostro corpo e le armi generalizzate non funzionano, la risposta immunitaria adattativa del sistema immunitario porta armi più grandi. L'immunità adattativa dipende da due tipi di globuli bianchi, chiamati cellule B e cellule T. Le cellule B producono proteine ​​specializzate chiamate anticorpi, che si legano all'agente patogeno e gli impediscono di entrare nelle cellule sane. Le cellule T, nel frattempo, possono distruggere le cellule che sono state infettate dal virus, per impedire loro di crearne più copie. 

L'attacco.

Il coronavirus ha punte che si legano ai recettori sulla superficie di alcune cellule umane. Il virus si fonde quindi con la membrana cellulare e rilascia il suo genoma di RNA nella cellula. Successivamente, la cellula produce copie di quell'RNA, così come le proteine ​​strutturali necessarie per assemblare nuove particelle virali, che vengono rilasciate nel corpo. 

La difesa.

Nella risposta immunitaria adattativa del corpo, le cellule specializzate inghiottono il virus e ne presentano frammenti, chiamati antigeni, per attivare le cellule immunitarie. Le cellule B iniziano a produrre anticorpi che si legano alle particelle virali e impediscono loro di attaccarsi alle cellule sane, mentre le cellule T distruggono le cellule che sono già state infettate. Nel frattempo, i linfociti B e T della memoria prendono nota degli antigeni, assicurando che il corpo risponderà rapidamente se incontra di nuovo il coronavirus.

Alzare l'allarme.

Il compito dei vaccini è presentare gli antigeni che innescheranno questa risposta immunitaria senza far ammalare la persona. I vaccini si presentano in varie forme, comprese forme indebolite dell'intero virus, frammenti specifici del virus e DNA o RNA che inducono una cellula a produrre frammenti specifici del virus. 

Assistenza AI

Un ruolo dell'IA nella progettazione di vaccini è studiare le proteine ​​che compongono il virus, che includono la proteina spike. Esaminando la sua struttura complessa, un sistema di intelligenza artificiale può ordinare migliaia di componenti per identificare quelli che hanno maggiori probabilità di innescare una robusta risposta immunitaria. Inoltre, i virus mutano sempre. I sistemi di intelligenza artificiale devono identificare componenti che è improbabile che mutino, per garantire che un vaccino rimanga efficace nel tempo. 

LA BUONA NOTIZIA  è che mentre infuria questa guerra, il sistema immunitario produce anche le cellule B e T della memoria, che registrano le battaglie. Se veniamo nuovamente esposti allo stesso patogeno, il sistema immunitario dispone di un arsenale e risponde molto più rapidamente. Potremmo manifestare sintomi lievi o nessuno. 

Di fronte a un nuovo agente patogeno, la prima domanda per i progettisti di vaccini è: quali parti di esso sono le più immunogeniche? Un virus tipico è costituito da materiale genetico, DNA o RNA, incapsulato da uno o più strati di proteine. La membrana esterna è spesso costellata di cosiddette proteine ​​spike , che consentono al virus di legarsi ai recettori su una cellula ospite e iniettare il suo carico di materiale genetico. Per questo motivo, le proteine ​​spike sono un bersaglio tipico dei vaccini. Se il sistema immunitario crea anticorpi che disabilitano la proteina spike, il virus non può penetrare nelle cellule. 

Questa è un'ottima opportunità per l'IA. Gli strumenti di apprendimento automatico possono prevedere, sulla base di set di dati di addestramento da patogeni noti, quali parti del virus è più probabile che il sistema immunitario riconosca. Ma l'IA può fare molto di più che concentrarsi sui siti immunogenici di un virus. Molti sviluppatori di vaccini stanno già utilizzando strumenti di calcolo per progettare e sintetizzare i componenti genetici dei vaccini basati sul DNA.

I vaccini a DNA di Inovio agiscono imitando una parte della sequenza genetica dell'agente patogeno. Questi cosiddetti vaccini degli acidi nucleici contengono segmenti di istruzioni genetiche, sotto forma di DNA o RNA, che codificano per un componente immunogenico chiave del virus. Quando l'acido nucleico viene inserito nelle cellule umane, le cellule producono l'antigene, che innesca una risposta immunitaria.  

Il computer non è intelligente come un chimico umano, ma è molto più veloce.

"L'intelligenza artificiale è un potente catalizzatore, l'intelligenza artificiale consente agli scienziati di "trarre intuizioni combinando dati da più fonti sperimentali e reali"

"Esistono molti metodi per identificare regioni immunogeniche di agenti patogeni che non richiedono intelligenza artificiale",

"L'intelligenza artificiale deve ancora dimostrare che funziona meglio di metodi più semplici", come lo screening sierologico, la mappatura degli epitopi e la biologia strutturale.

Ma l'IA può fare molto di più che concentrarsi sui siti immunogenici di un virus. Molti sviluppatori di vaccini stanno già utilizzando strumenti di calcolo per progettare e sintetizzare i componenti genetici dei vaccini basati sul DNA. 

Esistono molti modi diversi per scrivere una sequenza di DNA che codifica per la produzione della stessa proteina. Per trovare quello che funzionerà meglio come vaccino, quel pezzo di codice deve essere migliorato con altri elementi genetici e molecolari. L'algoritmo di ottimizzazione genica proprietario di Inovio ha mostrato ai ricercatori come farlo in modo tale che il vaccino provochi la produzione su larga scala di una proteina di picco immunogenica. 

Tenere il passo con i cambiamenti genetici di un virus rappresenta anche una sfida adatta per l'analisi computazionale. I virus mutano costantemente in piccoli modi, quindi un vaccino deve essere progettato attorno a una regione relativamente stabile del genoma del virus, una regione del suo codice genetico che non tende a mutare. "Ci sono alcune parti delle proteine ​​di superficie del virus che hanno un turnover molto elevato, che si scopre solo mentre lo si sequenzia e si ottengono cambiamenti nella struttura quando muta" 

L'intelligenza artificiale riconosce COVID-19 in un suono di tosse.

Sulla base di una tosse registrata dal cellulare, i modelli di apprendimento automatico rilevano con precisione il coronavirus anche nelle persone senza sintomi.

STRUMENTI basati sul suono potrebbero anche essere utilizzati come sistema di allarme precoce, in cui la tosse in una popolazione viene rilevata tramite registrazioni ospedaliere o altoparlanti intelligenti domestici per cogliere i primi segni di infezione di una nuova malattia. "Questo tipo di soluzione può essere utilizzato per identificare firme di tosse uniche che non saranno già presenti nel database", afferma Imran. "Può diventare un sistema di allarme." 

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