Bagaimana AI Generatif Dapat Membantu Kita Memprediksi Pandemi Berikutnya

Bagaimana AI Generatif Dapat Membantu Kita Memprediksi Pandemi Berikutnya

Stempel Waktu: 13 November 2023 3
Bagaimana AI Generatif Dapat Membantu Kita Memprediksi Pandemi Berikutnya Kecerdasan Data PlatoBlockchain. Pencarian Vertikal. Ai.

Virus memiliki kemampuan luar biasa untuk berevolusi dengan cepat. Covid-19 adalah contoh nyata. Ketika virus bermutasi dari beta ke delta ke omikron, pandemi ini berlanjut dan dunia terhenti. Para ilmuwan bergegas mengadaptasi vaksin dan pengobatan terhadap varian baru. Virus ini lebih unggul; kami sedang bermain kejar-kejaran.

Sebuah AI yang dikembangkan oleh Universitas Harvard dapat membalikkan keadaan dengan memungkinkan kita memprediksi varian baru sebelum varian tersebut muncul. Disebut EVEscape, AI adalah sejenis mesin “oracle” untuk evolusi virus.

Dilatih tentang data yang dikumpulkan sebelum Saat pandemi terjadi, algoritme tersebut mampu memprediksi mutasi yang sering terjadi dan varian yang mengganggu pada Covid-19, serta menghasilkan daftar varian terkait di masa depan. Inti dari alat ini adalah model AI generatif, seperti yang ada di dalamnya DALL-E or ChatGPT, namun hal ini mencakup beberapa faktor biologis yang dipilih dengan cermat agar lebih mencerminkan mutasi virus.

Alat ini tidak dibuat hanya untuk Covid-19: Alat ini juga secara akurat memprediksi varian virus flu, HIV, dan dua virus yang belum diteliti yang dapat memicu pandemi di masa depan.

“Kami ingin tahu apakah kami dapat mengantisipasi variasi virus dan memperkirakan varian baru,” tersebut Dr Debora Marks, yang memimpin penelitian di Blavatnik Institute di Harvard Medical School. “Karena jika kita bisa, hal ini akan menjadi sangat penting dalam merancang vaksin dan terapi.”

Ada dorongan kuat untuk menggunakan AI untuk memprediksi mutasi virus selama fase akut pandemi ini. Meskipun berguna, sebagian besar model mengandalkan informasi tentang varian yang ada dan hanya dapat menghasilkan prediksi jangka pendek.

Sebaliknya, EVEscape menggunakan genomik evolusioner untuk mengintip nenek moyang virus, sehingga menghasilkan perkiraan yang lebih panjang dan, berpotensi, cukup waktu untuk membuat rencana ke depan dan melawan.

“Kami ingin mengetahui bagaimana kami sebenarnya dapat merancang vaksin dan terapi yang tahan terhadap masa depan,” kata penulis studi Dr. Noor Youssef.

Berevolusi menjadi Berkembang

Meskipun virus sangat mudah beradaptasi terhadap tekanan seleksi alam, virus tetap berevolusi seperti makhluk hidup lainnya. Materi genetik mereka bermutasi secara acak. Beberapa mutasi menurunkan kemampuannya untuk menginfeksi inang. Yang lain membunuh inangnya sebelum mereka berkembang biak. Namun terkadang, virus menemukan varian Goldilocks, yang membuat inangnya cukup sehat sehingga virus dapat berkembang biak dan menyebar dengan cepat. Meskipun bermanfaat bagi kelangsungan hidup virus, varian-varian ini memicu bencana global bagi umat manusia, seperti yang terjadi pada kasus Covid-19.

Para ilmuwan telah lama berupaya memprediksi mutasi virus dan dampaknya. Sayangnya, tidak mungkin memprediksi semua kemungkinan mutasi. Virus corona pada umumnya memiliki sekitar 30,000 huruf genetik. Jumlah varian potensial lebih besar dari semuanya partikel elementer—yaitu, elektron, quark, dan partikel fundamental lainnya—di alam semesta.

Studi baru ini memperbesar solusi yang lebih praktis. Lupakan pemetaan setiap varian. Dengan data yang terbatas, bisakah kita setidaknya memprediksi bahaya yang ada?

Ayo Bermain Penjahat

Tim beralih ke EVE, AI yang sebelumnya dikembangkan untuk memburu varian genetik penyebab penyakit pada manusia. Inti dari algoritma ini adalah model generatif mendalam yang dapat memprediksi fungsi protein tanpa hanya mengandalkan keahlian manusia.

AI belajar dari evolusi. Seperti para arkeolog yang membandingkan kerangka sepupu hominin untuk mengintip ke masa lalu, AI menyaring rangkaian DNA yang mengkode protein antar spesies. Strateginya menemukan varian genetik pada manusia yang penting bagi kesehatan—misalnya, varian yang menyebabkan kanker atau masalah jantung.

“Anda dapat menggunakan model generatif ini untuk mempelajari hal-hal menakjubkan dari informasi evolusi—data memiliki rahasia tersembunyi yang dapat Anda ungkapkan,” tersebut Tanda.

Studi baru ini melatih kembali EVE untuk memprediksi varian genetik pada virus. Mereka menggunakan SARS-CoV-2, virus di balik Covid-19, sebagai bukti konsep pertama.

Kuncinya adalah mengintegrasikan kebutuhan biologis virus ke dalam kumpulan data AI.

Dorongan inti virus adalah kelangsungan hidup. Mereka bermutasi dengan cepat, yang terkadang menyebabkan perubahan genetik yang dapat menghindari vaksin atau pengobatan antibodi. Namun, mutasi yang sama dapat merusak kemampuan virus untuk menempel pada inangnya dan bereproduksi—sebuah kerugian yang jelas.

Untuk mengesampingkan mutasi semacam ini, AI membandingkan urutan protein dari berbagai virus corona yang ditemukan sebelum pandemi—virus SARS asli, misalnya, dan virus “flu biasa”. Perbandingan ini mengungkap bagian mana dari genom virus yang dilestarikan. Pengelola genetika ini merupakan landasan bagi kelangsungan hidup virus. Karena virus corona lain dan SARS-CoV-2 memiliki nenek moyang genetik yang sama, mutasi pada gen-gen ini kemungkinan besar menyebabkan kematian, bukan varian yang dapat bertahan hidup.

Sebaliknya, AI memperkirakan protein lonjakan (spike protein) adalah komponen fleksibel dari virus yang kemungkinan besar akan berevolusi. Protein-protein ini tersebar di sepanjang permukaan virus dan sudah menjadi target vaksin dan terapi antibodi. Perubahan pada protein ini dapat menurunkan kemanjuran terapi saat ini.

Kembali ke Masa Depan

Tinjauan ke belakang adalah 20/20 ketika menganalisis pandemi. Namun melihat sekilas apa yang mungkin terjadi—daripada mencoba mengejar ketertinggalan—adalah hal yang penting jika kita ingin menghentikan pandemi berikutnya.

Untuk menguji kekuatan prediksi AI, tim mencocokkan prediksinya dengan database GISAID (Global Initiative on Sharing All Influenza Data) untuk mengukur keakuratannya. Terlepas dari namanya, database tersebut berisi 750,000 rangkaian unik rangkaian genetik virus corona.

EVEscape mengidentifikasi varian yang paling mungkin menyebar—seperti delta dan omikron, misalnya—dengan 50 persen prediksi teratasnya terlihat selama pandemi pada Mei 2023. Ketika dibandingkan dengan varian lainnya, pembelajaran mesin sebelumnya Dengan metode ini, EVEscape dua kali lebih baik dalam memprediksi mutasi dan memperkirakan varian mana yang paling mungkin lolos dari pengobatan antibodi.

Mengingat Masa Lalu

Kekuatan super EVEscape adalah dapat digunakan dengan virus lain. Covid telah mendominasi perhatian kita selama tiga tahun terakhir. Namun virus yang kurang dikenal mengintai dalam diam. Virus Lassa dan Nipah, misalnya, menyebar secara sporadis di negara-negara Afrika Barat dan Asia Barat Daya dan berpotensi menjadi pandemi. Virus dapat diobati dengan antibodi, tetapi virus tersebut bermutasi dengan cepat.

Dengan menggunakan EVEscape, tim memperkirakan mutasi yang lolos dari virus-virus ini, termasuk virus yang sudah diketahui menghindari antibodi.

Menggabungkan genetika evolusioner dan AI, penelitian ini menunjukkan bahwa “kunci kesuksesan di masa depan bergantung pada mengingat masa lalu,” tersebut Dr. Nash D. Rochman dan Eugene V. Koonin di Pusat Informasi Bioteknologi Nasional dan Perpustakaan Kedokteran Nasional di Maryland, yang tidak terlibat dalam penelitian ini.

EVEscape memiliki kemampuan untuk memprediksi varian virus di masa depan—bahkan yang belum diketahui. Hal ini dapat memperkirakan risiko pandemi, sehingga berpotensi membuat kita selangkah lebih maju dalam menghadapi wabah berikutnya.

Tim tersebut sekarang menggunakan alat tersebut untuk memprediksi varian SARS-CoV-2 berikutnya. Mereka melacak mutasi setiap dua minggu dan memberi peringkat pada potensi masing-masing varian karena memicu gelombang Covid lainnya. Data tersebut dibagikan kepada Organisasi Kesehatan Dunia dan kode tersedia secara terbuka.

Bagi Rochman dan Koonin, perangkat AI baru ini dapat membantu menggagalkan pandemi berikutnya. Kita sekarang dapat berharap “COVID-19 akan selamanya dikenal sebagai pandemi paling mengganggu dalam sejarah umat manusia,” tulis mereka.

Kredit Gambar: Partikel virus SARS-CoV2 / Institut Nasional Alergi dan Penyakit Menular, NIH

Stempel Waktu:

Lebih dari Hub Singularity