Le SRAS-CoV-2 est en constante mutation ; chaque nouvelle variante surprend souvent le monde. Prenons par exemple la variante hautement mutée d’Omicron qui est apparue en novembre dernier et a obligé les autorités sanitaires à développer une stratégie de réponse rapide même si, au départ, il n’y avait pas de réponses à des questions importantes : dans quelle mesure les personnes vaccinées et précédemment infectées sont-elles protégées contre la nouvelle variante ? Et les thérapies par anticorps sont-elles toujours efficaces contre cette nouvelle version du virus ?
Des chercheurs dirigés par le professeur Sai Reddy du Département de science et d’ingénierie des biosystèmes de l’ETH Zurich à Bâle ont maintenant développé une manière d’utiliser l’intelligence artificielle pour répondre à ces questions, potentiellement même en temps réel immédiatement après l’émergence d’une nouvelle variante.
Explorer la multitude de variantes potentielles
Étant donné que les virus mutent de manière aléatoire, personne ne peut savoir exactement comment le SRAS-CoV-2 évoluera dans les mois et les années à venir et quelles variantes domineront à l’avenir. En théorie, il n’y a pratiquement aucune limite aux façons dont un virus pourrait muter. Et c’est le cas même si l’on considère une petite région du virus : la protéine de pointe du SRAS-CoV-2, qui est importante pour l’infection et la détection par le système immunitaire. Dans cette seule région, il existe des dizaines de milliards de mutations théoriquement possibles.
C’est pourquoi la nouvelle méthode adopte une approche globale : pour chaque variant de cette multitude de variants viraux potentiels, il prédit s’il est capable ou non d’infecter les cellules humaines et s’il sera neutralisé par des anticorps produits par le système immunitaire présents chez les vaccinés et personnes récupérées. Il est fort probable que se cache parmi toutes ces variantes potentielles celle qui dominera la prochaine étape de la pandémie de COVID-19.
Évolution synthétique et apprentissage automatique
Pour établir leur méthode, Reddy et son équipe ont utilisé des expériences de laboratoire pour générer une large collection de variantes mutées de la protéine de pointe SARS-CoV-2. Les scientifiques n’ont pas produit ni travaillé avec des virus vivants, mais ils n’ont produit qu’une partie de la protéine de pointe, et il n’y avait donc aucun risque de fuite en laboratoire.
La protéine de pointe interagit avec la protéine ACE2 sur les cellules humaines pour l’infection, et les anticorps de la vaccination, de l’infection ou de la thérapie par anticorps agissent en bloquant ce mécanisme. De nombreuses mutations des variants du SRAS-CoV-2 se produisent dans cette région, ce qui permet au virus d’échapper au système immunitaire et de continuer à se propager.
Bien que la collection de variantes mutées que les chercheurs ont analysée ne comprenne qu’une petite fraction des plusieurs milliards de variantes théoriquement possibles – qui seraient impossibles à tester en laboratoire – elle contient un million de ces variantes. Ceux-ci portent différentes mutations ou combinaisons de mutations.
En réalisant des expériences à haut débit et en séquençant l’ADN de ces millions de variantes, les chercheurs ont déterminé dans quelle mesure ces variantes interagissent avec la protéine ACE2 et avec les thérapies par anticorps existantes. Cela indique dans quelle mesure les variants potentiels individuels pourraient infecter les cellules humaines et dans quelle mesure ils pourraient échapper aux anticorps.
