Модель машинного обучения обнаружила, что SARS-CoV-2 становится более заразным

Новая модель машинного обучения, разработанная исследователями из Университета штата Мичиган, предполагает, что мутации в геноме SARS-CoV-2 сделали вирус более инфекционным.

Модель, созданная под руководством профессора Говэя Вэя, проанализировала генотипирование SARS-CoV-2 на основе более 20 000 образцов вирусного генома. Исследователи изучили мутации в спайк-белке — белке, в первую очередь отвечающем за заражение, — и обнаружили, что пять из шести известных подтипов вируса стали более инфекционными.

Многие мутации вируса безвредны, но некоторые приводят к снижению заразности, а другие — к её повышению. Команда Вэя месяцами отслеживала паттерны и локализации мутаций, сравнивая их с исходным образцом генома вируса, зафиксированным в январе.

Ключевой механизм

Заражение происходит, когда спайк-белок взаимодействует с рецептором клетки человека ACE2 (ангиотензинпревращающий фермент 2). Учёных беспокоит аффинность связывания — сила взаимодействия между спайк-белком и рецептором на начальной стадии инфекции.

"Заразность вируса увеличивается, если аффинность связывания усиливается", — пояснил Вэй.

В настоящее время в рецептор-связывающем домене (RBD) спайк-белка, который имеет 194 возможных сайта мутации, обнаружено более 50 мутаций.

Результаты анализа

Продвинутая нейронная сеть Вэя проанализировала более 8000 записей о белковых взаимодействиях, чтобы определить влияние известных мутаций на аффинность связывания спайк-белка SARS-CoV-2. Результат показал повышенную аффинность связывания у пяти из шести известных подтипов, что указывает на возможный рост заразности.

Прогноз на будущее

Обеспокоенные потенциалом дальнейших мутаций, исследователи направили модель на скрининг всех возможных 3686 будущих мутаций на 194 сайтах RBD. Модель предсказывает, что несколько остатков в рецептор-связывающем мотиве (части RBD) с высокой вероятностью могут мутировать в более заразные штаммы COVID-19.

Вэй подчёркивает, что, хотя прогнозы на основе искусственного интеллекта согласуются с доступными экспериментальными данными, для полного понимания влияния мутаций на заразность COVID-19 необходимы дальнейшие исследования.

Дополнительные выводы

В рамках исследования также предсказано, что новый коронавирус, распространяющийся по миру, слегка более заразен, чем исходный вирус SARS, обнаруженный в 2003 году. Эти результаты согласуются с лабораторным исследованием Института Скриппса во Флориде.

Исследование "Mutations strengthened SARS-CoV-2 infectivity" размещено на препринт-сервере ArXiv.