Vienas iš 12 Heraklio darbų, remiantis senovės istorija, buvo sunaikinti devynių galvų pabaisą, vadinamą Hidra. Iššūkis buvo tas, kad kai Heraklis naudojo kardą, kad nukapotų vieną iš pabaisos galvų, dvi išaugtų į jos vietą. Todėl jam reikėjo papildomo ginklo – fakelo, kad nugalėtų savo priešą.
Yra paralelių tarp šios legendos ir mūsų trejus metus trunkančios kovos su SARS-Cov-2, virusu, sukeliančiu Covid-19. Kiekvieną kartą, kai mokslininkai manė, kad jie sutramdė vieną viruso padermę – ar tai būtų alfa, beta, delta ar omikronas – po kurio laiko atsirado kitas variantas arba povariantas.
Dėl šios priežasties MIT ir kitų institucijų tyrėjai rengia naują strategiją prieš virusą – naują vakciną, kuri, skirtingai nei šiandien naudojamos, galėtų neutralizuoti visus ligos variantus, turėdama savybę, vadinamą „pan-variance“, kuri galėtų apeiti poreikį naudoti kitą stiprintuvą kiekvieną kartą, kai į apyvartą patenka nauja padermė. Šiandien žurnale paskelbtame straipsnyje Imunologijos riboskomanda pranešimai apie eksperimentus su pelėmis, kurie įrodo vakcinos veiksmingumą užkertant kelią mirčiai nuo Covid-19 infekcijos.
Virusinės vakcinos paprastai veikia imuninę sistemą veikiant nedidele viruso dalele. Tai gali sukurti išmoktus atsakymus, kurie apsaugo žmones vėliau, kai jie susiduria su tikruoju virusu. Standartinių Covid-19 vakcinų, tokių kaip Moderna ir Pfizer, prielaida yra suaktyvinti imuninės sistemos dalį, kuri išskiria neutralizuojančius antikūnus. Jie tai daro pateikdami ląstelėms instrukcijas (mRNR molekulių pavidalu), kaip pagaminti smaigalio baltymą – baltymą, randamą Covid-19 viruso paviršiuje, kurio buvimas gali sukelti imuninę reakciją. „Tokio požiūrio problema yra ta, kad tikslas nuolat kinta“ – pats smaigalio baltymas gali skirtis įvairiose viruso padermėse – „ir dėl to vakcina gali tapti neveiksminga“, – sako Davidas Giffordas, MIT elektrotechnikos, informatikos ir biologijos profesorius. inžinierius, taip pat bendraautoris Sienos popierius.
Atitinkamai, jis ir jo kolegos laikėsi kitokio požiūrio, pasirinkdami kitą vakcinos tikslą: suaktyvina imuninės sistemos dalį, kuri išlaisvina „žudikes“ T ląsteles, kurios atakuoja virusu užkrėstas ląsteles. Tokio tipo vakcina neapsaugos žmonių nuo užsikrėtimo Covid-19, tačiau gali padėti jiems labai susirgti ar mirti.
Pagrindinė šios grupės, kurioje dalyvavo mokslininkai iš MIT, Teksaso universiteto, Bostono universiteto, Tuftso universiteto, Masačusetso bendrosios ligoninės ir Acuitas Therapeutics mokslininkų, sukurta naujovė buvo mašininio mokymosi metodų įtraukimas į vakcinos kūrimo procesą. Svarbus šio proceso aspektas yra nustatyti, kurios SARS-Cov-2 dalys, kurie peptidai (amino rūgščių grandinės, kurios yra baltymų statybinės medžiagos), turi patekti į vakciną. Tam reikia atsijoti tūkstančius viruso peptidų ir atrinkti tik apie 30, kuriuos reikėtų įtraukti.
Tačiau priimant sprendimą turi būti atsižvelgta į vadinamąsias ŽLA molekules – baltymų fragmentus ląstelių paviršiuje, kurie tarnauja kaip „reklaminiai skydai“, pranešantys imuninėms ląstelėms (kurioms trūksta rentgeno regėjimo), kas vyksta kitose ląstelėse. Konkrečių baltymų fragmentų rodymas gali rodyti, pavyzdžiui, kad tam tikra ląstelė yra užkrėsta SARS-Cov-2 ir turėtų būti pašalinta.
Mašininio mokymosi algoritmai buvo naudojami sudėtingoms „optimizavimo problemoms“ išspręsti, – pažymi Brandonas Carteris, MIT Elektros inžinerijos ir kompiuterių mokslo katedros doktorantas, MIT kompiuterių mokslo ir dirbtinio intelekto laboratorijos (CSAIL) filialas, ir pagrindinis naujojo straipsnio autorius. Svarbiausias tikslas yra atrinkti peptidus, kurie yra arba yra „konservuoti“ visuose viruso variantuose. Tačiau tie peptidai taip pat turi būti susieti su HLA molekulėmis, kurios turi didelę tikimybę, kad jos bus rodomos, kad galėtų įspėti imuninę sistemą. „Norite, kad tai nutiktų kuo daugiau žmonių, kad jūsų vakcina gautų kuo daugiau gyventojų“, – sako Carteris. Be to, jūs norite, kad kiekvienas asmuo būtų kelis kartus padengtas vakcina, priduria jis. „Tai reiškia, kad daugiau nei vienas peptidas vakcinoje gali būti parodytas tam tikra ŽLA kiekvienam žmogui.” Šių įvairių tikslų pasiekimas yra užduotis, kurią galima žymiai paspartinti naudojant mašininio mokymosi priemones.
Nors tai liečia teorinę šio projekto pabaigą, naujausi rezultatai buvo gauti iš eksperimentų, kuriuos atliko Teksaso universiteto medicinos skyriaus Galvestone bendradarbiai, kurie parodė stiprų imuninį atsaką pelėms, kurioms buvo suteikta vakcina. Šiame eksperimente dalyvavusios pelės nemirė, bet buvo „humanizuotos“, o tai reiškia, kad jų ląstelėse buvo rasta HLA molekulė. „Šis tyrimas“, sako Carteris, „gyvoje sistemoje, tikroje pelėje, pateikia įrodymą, kad vakcinos, kurias sukūrėme naudodami mašininį mokymąsi, gali apsaugoti nuo Covid viruso“. Giffordas apibūdina jų darbą kaip „pirmąjį eksperimentinį įrodymą, kad tokiu būdu sukurta vakcina būtų veiksminga“.
Filadelfijos vaikų ligoninės Infekcinių ligų skyriaus pediatrijos profesorius Paulas Offitas mano, kad rezultatai teikia vilčių. „Daugeliui žmonių kyla klausimas, kokie metodai bus naudojami kuriant Covid-19 vakcinas ateityje“, – sako Offitas. „Atsižvelgiant į tai, kad T ląstelės yra labai svarbios apsaugant nuo sunkaus Covid-19, būsimos vakcinos bus skirtos plačiausiai T. ląstelių atsakas bus svarbus žingsnis į priekį kuriant naujos kartos vakcinas.
Reikėtų atlikti daugiau tyrimų su gyvūnais ir galimus tyrimus su žmonėmis, kad šis darbas galėtų pradėti kurti „kitos kartos vakcinas“. Giffordo teigimu, faktas, kad 24 procentai vakcinuotų pelių plaučių ląstelių buvo T ląstelės, „rodė, kad jų imuninė sistema buvo pasirengusi kovoti su virusine infekcija“. Tačiau reikia būti atsargiems, kad būtų išvengta per stipraus imuninio atsako, įspėja jis, kad nebūtų pažeisti plaučiai.
Apstu kitų klausimų. Ar T-ląstelių vakcinos turėtų būti naudojamos vietoj standartinių smailių baltymų vakcinų arba kartu su jomis? Nors gali būti įmanoma sustiprinti esamas vakcinas įtraukiant T-ląstelių komponentą, Giffordas sako: „dviejų dalykų sujungimas gali būti ne tik papildomas, nes viena vakcinos dalis gali užmaskuoti kitą“.
Nepaisant to, jis ir jo kolegos mano, kad jų T-ląstelių vakcina gali padėti asmenims, kurių imunitetas susilpnėjęs, kurie negali gaminti neutralizuojančių antikūnų ir todėl gali neturėti naudos iš tradicinių Covid vakcinų. Jų vakcina taip pat gali palengvinti „ilgo Covid“ kančias žmonėms, kurie ir toliau turi viruso rezervuarus gerokai po pradinės infekcijos.
Dabartinių gripo vakcinų, kaip ir dabartinių Covid-19 vakcinų, mechanizmas yra sukelti neutralizuojančius antikūnus, tačiau šios vakcinos ne visada veikia skirtingoms gripo padermėms. Carteris mato gripo vakcinų potencialą, pagrįstą T-ląstelių atsaku, „kurios gali pasirodyti veiksmingesnės ir suteikia platesnę aprėptį dėl jų įvairios dispersijos“.
Jis tvirtina, kad jų kuriami metodai neapsiriboja tik Covid-19 ar gripu, nes kada nors jie gali būti pritaikyti vėžiui gydyti. Giffordas sutinka, sakydamas, kad T-ląstelių vakcina, sukurta siekiant maksimaliai padidinti imuninę apsaugą tiek individo viduje, tiek tarp didžiausio skaičiaus asmenų, gali tapti pagrindiniu kovos su vėžiu turtu. „Tai nepatenka į mūsų dabartinio tyrimo apimtį, – sako jis, – bet tai gali būti būsimo darbo objektas.”
Kiti MIT prisidėjo prie darbo Ge Liu ir Aleksandras Dimitrakakis. Darbą iš dalies parėmė Schmidt Futures ir C3.ai dotacija Davidui Giffordui.
