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AI「黑科技」真的改变生活了:百度联合研发mRNA疫苗优化工具,AI让疫苗效力提升128倍!

|2023年06月09日| 浏览:2317
自去年底ChatGPT发布以来,智能ai技术又引起了一波热潮,谷歌的bard、微软的new bing等聊天ai机器人也相继发布。相比之下,百度的文心一言显得就弱了一些。

但在另一个方向,百度却利用ai技术取得了个令人震惊的成果。

近日,百度联合上海斯微生物、美国罗切斯特大学,使用ai技术开发了mRNA疫苗优化工具LinearDesign[1]。目前,LinearDesign已经对一种新冠mRNA疫苗进行了优化,优化后的疫苗效力相较优化前提高了128倍,室温稳定性提高4倍。

将来,这一技术还有可能用于癌症的预防和治疗当中。

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都说战争是科学的最大推动力,三年的抗疫“战争”也确实推动了医学的发展,其中最大的一项进步当属mRNA疫苗。

mRNA疫苗的概念其实诞生的很早,2000年就有人通过注射mRNA引起了小鼠的免疫反应[2]。但出于对安全性的担忧,mRNA疫苗一直没用到人身上,直到疫情来临。而现在,mRNA疫苗的研究已经遍地开花,就连“癌中之王”胰腺癌,都有望被mRNA疫苗拿下[3]

但是,mRNA作为一个单链的核酸,稳定性不太好。这一方面导致mRNA疫苗需要全程冷链运输,另一方面也会使得mRNA疫苗在体内表达的目标蛋白产量不足,影响免疫效果。而如果能让mRNA长链中不同的区段相互配对,形成更多的“发卡”状二级结构,则有利于提升mRNA疫苗的稳定性和免疫效果[4]

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优化后的mRNA疫苗能与自身配对形成双链的片段更多

LinearDesign就是基于这一原理,通过ai算法优化mRNA疫苗序列,使其能形成更多的二级结构,同时兼顾密码子的优效性。

研究人员使用LinearDesign对斯微生物的新冠mRNA疫苗SW-BIC-213进行了优化。优化后的疫苗:

● 在37度,含有10mM镁离子的缓冲液中,半衰期从3.9小时延长到20.0小时;

● 在体外细胞中诱导的目标蛋白表达量最高可达原版的2.9倍;

● 在小鼠中诱导的spike蛋白抗体滴度最高可达原版的128倍,中和抗体滴度最高可达原版的20倍。


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经LinearDesign优化的7个mRNA疫苗版本(A~G)和原版(H)产生的spike抗体滴度

除此以外,法国制药巨头赛诺菲自2021年起,就开始在自己的实验性mRNA产品中使用LinearDesign。目前,研究负责人David H. MathewsHuang Liang已经创立新公司Coderna.ai,进一步开发LinearDesign。



参考文献:
[1]. Zhang H, Zhang L, Lin A, et al. Algorithm for optimized mRNA design improves stability and immunogenicity[J]. Nature, 2023: 1-3.
[2]. Hoerr I, Obst R, Rammensee H G, et al. In vivo application of RNA leads to induction of specific cytotoxic T lymphocytes and antibodies[J]. European journal of immunology, 2000, 30(1): 1-7.
[3]. Rojas L A, Sethna Z, Soares K C, et al. Personalized RNA neoantigen vaccines stimulate T cells in pancreatic cancer[J]. Nature, 2023: 1-7.
[4]. Mauger D M, Cabral B J, Presnyak V, et al. mRNA structure regulates protein expression through changes in functional half-life[J]. Proceedings of the National Academy of Sciences, 2019, 116(48): 24075-24083.

 

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