BioNTech SE e InstaDeep Ltd. hanno annunciato lo sviluppo di un nuovo metodo computazionale che analizza i dati di sequenziamento disponibili in tutto il mondo e predice le varianti ad alto rischio di SARS-CoV-2. L'Early Warning System (EWS) sviluppato in collaborazione da BioNTech e InstaDeep si basa sull'intelligenza artificiale (AI) calcolata sulla fuga immunitaria e sulle metriche di fitness. Il nuovo metodo combina la modellazione strutturale della proteina virale Spike e gli algoritmi AI per segnalare rapidamente le potenziali varianti ad alto rischio inserite nei repository di dati di sequenza di SARS-CoV-2 in meno di un giorno, sulla base di metriche che valutano la loro idoneità (ad esempio, l'interazione tra ACE2 e la proteina Spike della variante) e le loro proprietà di fuga immunitaria. Le aziende hanno convalidato queste previsioni usando dati sperimentali generati internamente e dati disponibili al pubblico. Durante il periodo di prova, il sistema ha identificato >90% delle varianti designate dall'Organizzazione Mondiale della Sanità (WHO) (Variants of Concern, VOC; Variants of Interest, VOI; Variants Under Monitoring, VUM) in media con due mesi di anticipo. Le varianti Alpha, Beta, Gamma, Theta, Eta e Omicron designate dall'OMS sono state rilevate dall'EWS nella stessa settimana in cui la loro sequenza è stata caricata per la prima volta. La variante Omicron è stata classificata come variante ad alto rischio lo stesso giorno in cui la sua sequenza è diventata disponibile. La variante IHU osservata in Francia è stata anche valutata dall'EWS, che ha evidenziato proprietà di fuga immunitaria relativamente simili a Omicron ma con fitness significativamente inferiore, rendendola meno preoccupante visti i dati attuali. I risultati dello studio sottolineano che l'EWS è in grado di valutare le nuove varianti in pochi minuti e di monitorare i lineamenti delle varianti di rischio quasi in tempo reale. È anche completamente scalabile man mano che si rendono disponibili nuovi dati sulle varianti. L'Early Warning System (EWS) si basa su due approcci: (1) modellazione strutturale dell'interazione del dominio di legame al recettore della proteina Spike virale (RBD) con il recettore della cellula ospite e il punteggio dell'impatto della variante del virus nel sottrarsi alla risposta immunitaria, e (2) modellazione predittiva basata sull'intelligenza artificiale per estrarre informazioni da centinaia di migliaia di varianti di virus registrate da archivi di sequenze globali. L'EWS calcola un punteggio di fuga immunitaria e un punteggio preliminare di fitness (potenziale di trasmissibilità). Mentre il punteggio di fuga immunitaria da solo era già altamente predittivo del rischio, la combinazione di queste due metriche in un punteggio Pareto ha fornito la migliore valutazione del rischio posto da una data variante del virus. Più alto è il punteggio, maggiore è il rischio che la variante abbia un impatto sulla salute globale. L'approccio EWS classifica le varianti di SARS-CoV-2 per la fuga immunitaria e il potenziale di fitness basandosi esclusivamente sui dati esistenti, e quindi non dipende da un approccio di attesa. L'EWS è stato in grado di distinguere le varianti designate dall'OMS da quelle che non avevano alcuna designazione durante un periodo di 11 mesi, sottolineando la capacità del modello computazionale di determinare la discendenza delle varianti. Un'analisi condotta ogni settimana tra il 16 settembre 2020 e il 23 novembre 2021 ha segnalato 12 delle 13 varianti designate dall'OMS con una media di 58 giorni di tempo (due mesi) prima che le varianti ricevessero la loro designazione. Per le varianti Alpha a Mu, solo circa 25 casi in media sono stati registrati al momento della loro segnalazione da parte dell'EWS. Questo è in contrasto con gli annunci dell'OMS che sono avvenuti in media quando sono stati registrati più di 1.500 casi. L'EWS ha rilevato Omicron il giorno in cui la sua sequenza è stata caricata per la prima volta come la più alta variante immune in fuga da oltre 70.000 varianti che sono state scoperte tra l'inizio di ottobre 2021 e la fine di novembre 2021, assegnandole anche un alto punteggio di fitness.