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AI与战疫(19)——疫苗研发

AI与战疫(19)——疫苗研发

作者: 自由咏 | 来源:发表于2020-03-04 08:35 被阅读0次

众所周知,疫苗是预防传染病最有效的手段。一种疫苗的研发,主要经历以下阶段:

1.    疫苗设计与小量制备;

2.    动物实验;

3.    临床一期(10~20人,验证安全性);

4.    临床二期(30~100人,验证有效性);

5.    临床三期(200~500人,效果确认,按照现代循证医学中大规模、安慰剂对照组和双盲的原则);

这样一圈流程走下来,往往要5-8年,还是在一切顺利的情况。通过新技术(例如人工智能+mRNA),世卫称新冠病毒可能在18个月内完成,也是2021年初的事了,黄花菜都凉了,还有必要吗?答案是肯定的,因为:

1.    当处在疫情中心的中国由春天逐步进入夏季时,南半球正在步入冬天。当前,新冠病毒具有全球蔓延的趋势,病毒亦有从国外向国内反向输入的迹象,开足马力加快新冠病毒的临床前研究和临床研究,仍然是对全人类健康最为有利的选择;

2.    包括国内、WHO、美国的CDC 的专家都在不同场合表示,新冠病毒大概率会与人类共存,变成一个季节性病毒,就像每年冬季爆发的流感。每年很多人因为流感住院、进ICU、甚至死亡,人类需要流感疫苗,也会需要新冠病毒疫苗。

事实上,人类应该感到幸运,若没有人工智能技术的帮助,这个研发时长会增加3到5倍。因为在第一阶段,疫苗的设计,往往是一个漫长的探索过程,而人工智能技术的加入,大大缩短了这一过程。

在2019年7月,澳大利亚一个研究团队研制出一种新型流感疫苗,成为首个完全通过人工智能技术研制的疫苗。研究团队首先设计了一个名为SAM的智能算法,其能够学习识别现有成功的疫苗和失败的案例,以判别疫苗对流感的有效性。然后他们又创建了另一套算法——能够创造出数万亿个虚拟化合物的智能程序,研究团队将其比作“疯狂的化学家”,它创造出数万亿种想象中的化合物。SAM与“疯狂的化学家”协同工作,给出了最有效的疫苗方案。

新冠状病毒结构

此次引起武汉肺炎的新型冠状病毒与“非典”病毒、艾滋病毒、埃博拉病毒、流感病毒一样,都属于RNA病毒,其单链结构导致病毒更容易变异、不易开发疫苗。RNA 序列有丰富的空间结构,而这些结构能决定RNA 的功能,进而帮助疫苗设计。传统上,RNA 二级结构预测需要三次方时间复杂度的算法,也就是说,如果序列长度翻一倍的话,就要付出8 倍的计算时间,这对于RNA 病毒基因组这样的超长序列(例如艾滋病毒有约1万个碱基,埃博拉病毒有约2万个碱基)需要很长的等待时间。而冠状病毒(包括非典病毒和这次的新冠病毒)的基因组又是所有RNA 病毒里最长的,长达3 万个碱基。而人工智能算法的应用,能大大缩短新冠基因测序时间,为疫苗与药物研发打下了坚实基础。

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