有效的疫苗在新冠疫情期间起到了关键作用，不仅预防了疾病，还减轻了病情的严重程度，挽救了数百万人的生命。然而，五年后的今天，SARS-CoV-2 仍在全球范围内传播，并不断演化出需要更新疫苗来应对的新变种。这引发了一个重要问题：科学家如何为尚未出现的病毒版本创建疫苗？ 一组来自哈佛医学院、马萨诸塞州病原体准备联盟（MassCPR）和其他机构的科学家团队开发了一种名为 EVE-Vax 的预测性人工智能模型，可能为这一难题提供解决方案。该模型利用病毒的进化、生物学和结构信息，预测并设计病毒表面蛋白，这些蛋白可能随着病毒演变而出现。最新研究发表于5月8日的《免疫》杂志上，研究人员成功地将 EVE-Vax 应用于 SARS-CoV-2，设计的病毒蛋白引发了与实际病毒演变过程中相似的免疫反应。 十多年前，研究的共同高级作者、哈佛医学院布拉瓦尼克研究所系统生物学教授德博拉·马克斯和她的实验室开始研究如何利用数百万年的进化遗传信息来预测蛋白质的结构和功能。基于这一理念，他们在2021年创建了一个名为 EVE（变体效应的进化模型）的人工智能模型。该模型利用跨物种的大规模进化数据，预测蛋白质是否能够正常工作。应用到人类身上时，EVE 能够解读基因变异是有害的还是良性的。 随着新冠疫情的发展，马克斯和她的团队将模型改进以预测病毒行为。他们开发了 EVEscape，该模型将 EVE 预测蛋白质的能力应用于病毒蛋白。2023年的研究显示，如果在疫情初期就有了 EVEscape，它本可以预测最频繁的 SARS-CoV-2 变异，并及早发现最有可能引起感染激增的变异毒株。 为了进一步解决这一问题，研究人员开发了 EVE-Vax，该模型可以预测并设计病毒蛋白，这些蛋白可以在疫苗设计中提前使用。研究人员希望这种模型最终能帮助科学家更好地应对快速变异病毒引起的病毒暴发和大流行。 在最新的研究中，科学家们利用 EVE-Vax 设计了83个全新的 SARS-CoV-2 “刺突”蛋白版本，每个版本都包含多达十个不同组合的突变。为了测试 AI 设计的蛋白质的效果，研究人员与实验同事合作，包括共同高级作者杰里米·卢班、雅各布·勒米厄和迈克尔·西曼。他们使用安全、非复制的 SARS-CoV-2 病毒版本进行了实验室培养皿中的实验。实验证实，含有“设计者”刺突蛋白的病毒感染了人细胞，并引发了五次不同时间点的实际免疫反应，这些时间点横跨整个新冠疫情历程。 “进化告诉我们病毒及其蛋白可能做些什么，以及未来可能发生的情况，这是模型的根本洞察力所在。”马克斯说。 此外，研究人员展示了他们可以轻松且经济地制造出大量新的刺突蛋白，这些蛋白可以迅速融入 SARS-CoV-2 疫苗的开发中。“传统的疫苗设计方法多样，但没有人以前使用过这种方法。EVE-Vax 开启了疫苗潜在应用和设计的新领域。”马克斯表示。 例如，研究人员通过 EVE-Vax 预测，针对奥密克戎变种的新冠加强疫苗可能会显著逃逸免疫，这一知识本来可以指引科学家们以不同的方式构建加强疫苗。“有了 EVE-Vax，我们不仅能预测病毒的突变，还能预测免疫反应，这对于现实世界的应用更有用。”马克斯强调。 目前，该团队正在扩展 EVE-Vax 至其他病毒，如禽流感，这是一个日益严重的全球问题。研究人员指出，该模型的一个关键优势是可以在信息有限的情况下工作，这使其适用于研究较少的病毒如拉萨热和尼帕病毒，以及新兴病毒。 EVE-Vax 的开发为疫苗设计领域开辟了新的道路，为未来可能演化的病毒提供了宝贵的信息。业内专家认为，这一模型的前景广阔，有望大幅提升疫苗的有效性和响应速度。马克斯教授的实验室自成立以来，一直在蛋白质结构预测方面处于领先地位，他们的研究成果对抗击传染病具有重要意义。