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L'intelligence artificielle pourrait permettre de prédire les futurs variants du Covid-19 et d'autres virus. Plusieurs projets de recherche et solutions commerciales viennent d'être dévoilés par des institutions de recherche et des entreprises du monde entier.
Que nous réserve le Covid-19 ? Quels seront les prochains variants et leurs particularités ? Le virus va-t-il s'affaiblir, ou au contraire devenir encore plus contagieux et dévastateur ?
Ces questions nous occupent l'esprit, puisque les réponses auront un lourd impact sur notre avenir. Or, l'intelligence artificielle pourrait nous permettre d'anticiper la suite des événements…
Plusieurs entreprises et institutions de recherche viennent de dévoiler une méthode permettant d'anticiper l'émergence de nouveaux variants grâce au Machine Learning.
Apriori Bio veut prédire l'évolution du SARS-CoV-2, du VIH et de l'influenza
Le bras d'investissement Flaghsip Pioneering vient d'annoncer l'entreprise Apriori Bio, qui développe une intelligence artificielle capable de prédire l'activité des virus comme le Covid-19 et la formation de variants.
La plateforme d'IA Octavia développée par Apriori a la capacité d'anticiper les variants potentiels risquant d'émerger à partir d'un variant unique. Elle est aussi capable de définir les anticorps susceptibles de protéger contre les versions actuelles et futures du virus.
L'objectif est d'utiliser le Machine Learning pour adopter une approche proactive de la gestion de la pandémie, d'où le nom « a priori ».
Grâce à l'IA, les modèles Octavia peuvent apprendre comment les variants du virus se comportent et identifier les plus menaçants. Ainsi, les chercheurs et scientifiques sont en mesure de créer des médicaments d'anticorps résistants aux nouveaux variants et des vaccins préventifs.
Les outils et ensembles de données de la plateforme génèrent une mine d'informations sur les pathogènes en temps réel, et peut aider la création d'une politique de santé publique efficace dans les divers pays du globe.
Selon Noubar Afeyan, CEO et fondateur de Flagship Pioneering et cofondateur de Apriori Bio, « le monde a été mis à genoux par la pandémie de Covid-19 il y a deux ans. Nous devons imaginer un futur où nous sécurisons notre santé au lieu de nous résigner à ne pas être préparés à des menaces virales ».
Il estime que « la plateforme technologique Apriori Bio peut être utilisée pour développer des vaccins et des médicaments anticorps contre les variants viraux qui n'ont pas encore émergé, afin de faire un bon vers la protection de l'humanité contre les menaces virales existantes ou futures ».
Actuellement, Apriori Bio explore des possibilités de partenariats avec des entreprises privées et des agences gouvernementales tout en augmentant sa capacité à développer et produire des vaccins et thérapies par anticorps pour combattre une large variété de virus.
Sa liste de priorités inclut les virus qualifiés de menaces majeures par l'Organisation Mondiale de la Santé, dont l'influenza, le VIH et le SARS-CoV-2.
Selon Lovisa Afzelius, CEO de Apriori, « en intégrant et en apprenant à partir des données évolutionnaires et expérimentales à une échelle sans précédent, Apriori peut prédire le comportement des variants existants et futurs et limiter leur danger ».
Il affirme qu'en utilisant Octavia, « nous pouvons concevoir de nouveaux médicaments efficaces et soutenir la santé publique en prédisant l'impact des variants émergents en temps réel ». Le chef d'entreprise ajoute que « les futures épidémies sont inévitables, mais la préparation est un choix. Apriori transfère le concept de préparation aux menaces virales ».
Fondée en 2020, Apriori Bio est financée uniquement par Flagship Pioneering qui a investi 50 millions de dollars pour soutenir la recherche et développement du projet. Pour l'heure, on ignore le capital d'Apriori Bio.
Toutefois, la firme assure avoir les fonds adéquats pour soutenir ses projets d'exploration et d'extension. Là encore, elle reste floue concernant le niveau d'avancée de ses travaux.
Avec Apriori Bio, Flagship Pioneering enrichit son écosystème comprenant déjà 41 entreprises dont Denali Therapeutics, Seres Therapeutics ou encore Moderna qui produit l'un des principaux vaccins ARNm contre la Covid-19…
L'Australie crée un outil ML pour détecter les variants COVID
Apriori Bio n'est pas seule dans sa quête d'utiliser l'intelligence artificielle pour lutter contre le Covid-19. Les chercheurs du Commonwealth Scientific and Industrial Research Organisation, seconde agence scientifique nationale d'Australie, ont conçu un outil de Machine Learning permettant d'identifier rapidement les variants émergents du Covid-19.
La CSIRO ne révèle pas comment elle a développé cet outil IA intitulé VariantSpark, mais précise qu'il a été utilisé pour analyser environ 10 000 échantillons de Covid-19. L'étude scientifique vient d'être publiée dans le journal Computational and Structural Biotechnology Journal.
Afin de développer cette IA, les chercheurs ont travaillé avec Intel et le fournisseur de cloud RONIN. Le fruit de leurs travaux, VariantSpark, peut fournir des mises à jour toutes les heures et permet le partage d'informations rapide avec les décideurs de santé publique et les hôpitaux pour préparer une augmentation potentielle des admissions.
Jusqu'à présent, la méthode utilisée pour détecter les nouveaux variants COVID consistait à chercher les changements génétiques dans les variants actuellement surveillés comme Delta et Omicron.
Le COVID-19 a 11 gènes interagissant chacune différemment avec le système immunitaire humain. Dans leur étude, les chercheurs ont utilisé VariantSpark pour inspecter l'ADN du virus au complet plutôt que de se limiter à sa protéine de pointe.
C'est précisément cette approche qui a permis à l'équipe de chercheurs d'identifier les variants une semaine avant qu'ils soient détectés par les organisations de santé. Or, comme le souligne le Dr Denis Bauer de la CSIRO, « une semaine est une longue période quand vous essayez de combattre une pandémie ».
Selon elle, « VariantSpark analyse le génome complet du virus et prend en compte de petits changements qui peuvent sembler insignifiants, mais peuvent influencer la façon dont le virus se comporte quand ils sont combinés avec d'autres petits changements ».
Toujours d'après la scientifique, cette nouvelle approche pourrait aussi être appliquée à d'autres virus et a le potentiel pour devenir un standard international de la surveillance de maladie.
Les chercheurs de la CSIRO espèrent que leur étude pourra engendrer un système d'avertissement précoce pour identifier les variants mortels. Ils comptent également utiliser cette approche pour développer des vaccins permettant d'empêcher les futures pandémies.
PyR0 : une IA entraînée sur les données du monde entier
Le SARS-CoV2 est certainement le pathogène le plus étudié et génétiquement séquencé de l'histoire. Tout autour du monde, les équipes de surveillance ont téléchargé des millions de séquences virales sur des bases de données publiques qui permettent aux chercheurs de suivre comment le virus se propage.
Le nouveau modèle PyR0 a été entraîné sur plus de 6,4 millions de séquences SARS-CoV-2 pour détecter des patterns parmi les mutations aidant le virus à se propager autour du monde. Il a analysé comment les différentes lignées virales sont apparues et se sont diffusées entre décembre 2019 et janvier 2022.
À partir de ces données, l'IA a appris à identifier de nouvelles combinaisons de mutations et le temps nécessaire aux variants comme Delta et Omicron pour devenir prédominants. Ce modèle, décrit par les chercheurs dans le journal Science en mai 2022, pourrait aider les agences de santé publique à anticiper les variants les plus dangereux.
En analysant les données générées jusqu'en décembre 2021, PyR0 a pu prédire correctement la propagation rapide du sous-variant Omicron BA.2 alors qu'il était encore rare à l'époque sur la majeure partie du globe. En mars 2022, quelques mois plus tard, BA.2 était devenu la souche dominante à l'échelle mondiale.
Alors que la plupart des vaccins COVID ciblent la protéine de pointe du virus, utilisée pour pénétrer les cellules, le modèle PyR0 a découvert qu'avoir simplement de nombreuses mutations de protéines spike ne rend pas forcément une souche plus évolutive. En revanche, plusieurs mutations spécifiques de cette protéine de pointe ont permis aux sous-variants Omicron BA.1 et BA.2 d'échapper au système immunitaire.
En outre, PyR0 révèle également qu'un ensemble de mutations sans lien avec la protéine spike dans le génome BA.2 affecte la façon dont le virus se réplique et pourrait contribuer à sa propagation rapide.
La capacité de cette IA à analyser rapidement des génomes complets pourrait aider les scientifiques à savoir quelles parties du génome du virus étudier pour développer de futurs médicaments.
Même si l'IA ne permet pas forcément de prédire les prochaines mutations du virus, elle permet de savoir quelles lignées ont le plus de chance d'augmenter en fréquence. Elle modélise comment les différentes combinaisons de mutations de différentes lignées affectent le taux de croissance des variants viraux individuels dans la population. Grâce aux séquençages effectués dans tous les pays, les données en provenance du monde entier ont été agrégées dans un modèle unique d'une envergure inédite.
Les chercheurs tentent également d'améliorer leur modèle et ont créé une nouvelle version. Leur prochain objectif est de comprendre les interactions génétiques ou statistiques entre les mutations. C'est une tâche difficile, car le nombre de ces interactions augmente rapidement.
Grâce au Machine Learning, les chercheurs veulent automatiser le modèle pour pouvoir l'exécuter de façon régulière et détecter toute anomalie. Sans prétendre remplacer les programmes gouvernementaux de surveillance de maladie, les chercheurs espèrent être en mesure de les soutenir en leur permettant de systématiquement hiérarchiser les lignées émergentes.
De manière générale, l'intelligence artificielle semble être l'outil privilégié pour anticiper l'évolution du Covid-19. Plus tôt cette année, l'entreprise allemande BioNTech s'est associée à l'entreprise britannique d'intelligence artificielle InstaDeep pour créer un système de détection précoce des variants Covid-19.
Leur méthode combine la modélisation structurelle de la protéine spike et des algorithmes IA pour détecter les variants à haut risque dans une base de données du SARS-CoV-2. Lors d'un essai, cette IA a identifié plus de 90% des variants potentiellement dangereux avec deux mois d'avance en moyenne.
De même, l'Université d'Oxford et Oracle ont développé le système Global Pathogen Analysis pour aider les scientifiques et les agences de santé publique à détecter les variants Covid-19. Ce système met en lumière quelles souches de virus se propagent le plus rapidement, et quelles caractéristiques génétiques contribuent à la transmission et à la résistance vaccinale.
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