Ein neuer Ansatz für Impfstoffe mit maschinellem Lernen könnte laut MIT-Forschern Auffrischungsimpfungen und saisonalen Impfvarianten ein Ende bereiten. Dieser „Pan-Varianten“-Impfstoff würde das Virus selbst ignorieren, aber Infektionen schnell kontrollieren, indem er gegen infizierte Zellen vorgeht.
Um ganz klar zu sein, dies befindet sich noch in Tierversuchen und ist noch lange nicht im Einsatz. Da COVID jedoch zu einem in der menschlichen Bevölkerung ansässigen Virus wird, sind länger anhaltende Lösungen als gelegentliche Auffrischungsimpfungen für besonders schlimme Stämme gefragt.
Das Problem ist, dass die mRNA-Impfstoffe, so erstaunlich sie auch sind, reaktiv und nicht proaktiv sind: Sie sehen eine Variante, Sie testen ihr Spike-Protein oder ein anderes charakteristisches Merkmal, und Sie schieben es in das Immunsystem, damit es weiß, dass es eingeschaltet ist Der Ausguck. Es ist ein bisschen so, als würde man einen Rettungshund die Habseligkeiten eines verlorenen Wanderers erschnüffeln lassen.
Forscher des Computer Science and Artificial Intelligence Laboratory des MIT wollten einen anderen, dauerhafteren Weg finden, um den Körper vor COVID-Angriffen zu schützen. Ein Artikel, der ihre Ergebnisse beschreibt, wurde heute in der Zeitschrift veröffentlicht Grenzen in der Immunologie.
Das Team entschied sich für die Idee, das Virus selbst anzugreifen, da sich sein charakteristischstes Merkmal, das Spike-Protein, ständig verändert. Stattdessen konzentrierten sie sich auf bestimmte molekulare Signale, die zuverlässig auf der Oberfläche von Zellen erscheinen infiziert durch das Virus. Wenn diese frühzeitig erkannt und die T-Zellen des Immunsystems schnell eingesetzt werden könnten, würde die Infektion zum Stillstand kommen, bevor sie gefährliche oder möglicherweise sogar infektiöse Ausmaße erreicht.
Diese Oberflächensignale, die als menschliche Leukozyten-Antigene bezeichnet werden, präsentieren den T-Zellen eine Vielzahl von Peptiden, ähnlich wie das Anheben von Semaphor-Flaggen. Wenn alles in Ordnung ist, ist es die übliche Kombination bekannter Peptide und die T-Zelle macht weiter. Wenn etwas nicht stimmt, kann ein Fragment des Virus an der Fahnenstange gehisst werden, und die T-Zellen eröffnen das Feuer.
Was also hat maschinelles Lernen mit all dem zu tun? Es gibt viele Daten da draußen, die die verschiedenen Proteine und Aminosäureketten katalogisieren, die in COVID gefunden werden, und was sie werden, wenn sie eine Zelle infiltriert haben, und wie die Zellen mithilfe von HLAs anzeigen, dass sie infiziert sind.
Algorithmen für maschinelles Lernen eignen sich gut zur Lösung von Optimierungsproblemen wie diesem, bei denen viele verrauschte Daten nach bestimmten Kombinationen von Qualitäten durchsucht werden müssen. In diesem Fall entwarfen sie Algorithmen, um die relevanten Peptide zu katalogisieren und etwa 30 auszuwählen, die in allen Versionen des Virus vorhanden oder „konserviert“ sind, aber auch mit HLAs assoziiert sind und wahrscheinlich als Markierungen für T-Zellen verwendet werden, um sie zu sehen.
Transgene Mäuse, denen unsere Versionen von HLAs und dieser neue Impfstoff verabreicht wurden, zeigten kurzfristig nach der Infektion eine weitaus umfangreichere Immunantwort, und keine starb an dem Virus.
„Diese Studie beweist in einem lebenden System, einer echten Maus, dass die Impfstoffe, die wir mithilfe von maschinellem Lernen entwickelt haben, Schutz vor dem COVID-Virus bieten können“, sagte MIT-Doktorand Brandon Carter, einer der Hauptautoren der Arbeit, in einem MIT-Nachrichtenartikel .
Ein interessanter möglicher Vorteil ist, dass immungeschwächte Menschen durch diesen Ansatz einen wichtigen Schutz erhalten können, während die mRNA-Impfstoffe bei ihnen nicht wirken. Auch „Long-COVID“-Kranke können in Form eines umfassenderen Immunangriffs auf ihre besonders widerstandsfähige Infektion etwas Linderung erfahren.
Wie es im Abstract der Studie heißt:
Die nicht nachweisbare spezifische Antikörperantwort in MIT-T-COVID-immunisierten Mäusen zeigt, dass spezifische T-Zell-Antworten allein die Pathogenese einer SARS-CoV-2-Infektion wirksam abschwächen können. Unsere Ergebnisse legen nahe, dass weitere Studien für panvariante T-Zell-Impfstoffe sinnvoll sind, auch für Personen, die keine neutralisierenden Antikörper produzieren können, oder um zur Linderung von Long COVID beizutragen.
Es ist eine vielversprechende Forschungsrichtung und eine großartige Möglichkeit, Fortschritte in der Computertechnik im Dienste der globalen Gesundheit einzusetzen. Aber es ist auch wichtig zu erkennen, dass die „Pan-Variante“-Option noch am Anfang steht. Zum einen kann es mit oder gegen bestehende Impfstoffe wirken – was ist, wenn die besten Peptide für den Immunantwortimpfstoff diejenigen sind, die durch mRNA-Priming zerstört werden sollen? Die beiden würden an gegensätzlichen Zwecken arbeiten. Und eine zu starke Immunantwort birgt auch das Risiko von Kollateralschäden, irrtümlichem Keulen mehrdeutig signalisierender Zellen und dergleichen.
Aber das sind die guten Fragen – solche, die relevant sind, weil die Grundfunktion des neuen Impfstoffs zu funktionieren scheint. Wir werden mehr wissen, wenn das Team weitere Tests dieses vielversprechenden Ansatzes durchläuft.