BioNTech SE en InstaDeep Ltd. hebben de ontwikkeling aangekondigd van een nieuwe computationele methode die wereldwijd beschikbare sequencinggegevens analyseert en hoogrisicovarianten van SARS-CoV-2 voorspelt. Het Early Warning System (EWS), ontwikkeld in samenwerking tussen BioNTech en InstaDeep, is gebaseerd op kunstmatige intelligentie (AI) berekende immuun ontsnappings- en fitheidsmetriek. De nieuwe methode combineert structurele modellering van het virale Spike-eiwit en AI-algoritmen om snel potentiële hoog-risicovarianten te markeren die binnen minder dan een dag in SARS-CoV-2-sequentiedatabestanden worden ingevoerd op basis van metriek die hun fitness (bv. ACE2 en variant Spike-eiwitinteractie) en hun immuunontsnappingseigenschappen scoort. De bedrijven hebben deze voorspellingen gevalideerd met behulp van experimentele gegevens die intern zijn gegenereerd en met behulp van openbaar beschikbare gegevens. Tijdens de proefperiode heeft het systeem gemiddeld twee maanden op voorhand >90% van de door de Wereldgezondheidsorganisatie (WHO) aangewezen varianten (Variants of Concern, VOC; Variants of Interest, VOI; Variants Under Monitoring,VUM) geïdentificeerd. De door de WHO aangewezen varianten Alpha, Beta, Gamma, Theta, Eta en Omicron werden door het EWS gedetecteerd in dezelfde week waarin de sequentie voor het eerst werd geüpload. De Omicron-variant werd als hoogrisicovariant gerangschikt op dezelfde dag dat zijn sequentie beschikbaar kwam. De IHU-variant die in Frankrijk is waargenomen, is ook door het EWS geëvalueerd; daarbij kwamen immuunvluchteigenschappen naar voren die relatief vergelijkbaar zijn met die van Omicron, maar met een aanzienlijk lagere fitness, waardoor hij gezien de huidige gegevens minder zorgwekkend is. De resultaten van de studie onderstrepen dat het EWS in staat is om nieuwe varianten in enkele minuten te evalueren en de ontwikkeling van varianten bijna in real-time te volgen. Het is ook volledig schaalbaar naarmate nieuwe gegevens over varianten beschikbaar worden. Het Early Warning System (EWS) berust op twee benaderingen: (1) structurele modellering van de interactie van het virale Spike-eiwit receptor-bindend domein (RBD) met de receptor van de gastheercel en het scoren van de impact van de virusvariant bij het ontsnappen aan de immuunrespons, en (2) AI-gebaseerde voorspellende modellering om informatie te extraheren uit honderdduizenden geregistreerde virusvarianten uit wereldwijde sequentie-repositories. Het EWS berekent een immuun ontsnappingsscore en een fitness (overdraagbaarheidspotentieel) voorafgaande score. Hoewel de immune escape score op zich al een hoge risicovoorspeller was, leverde het combineren van deze twee metingen tot een Pareto-score de beste inschatting op van het risico dat een bepaalde virusvariant oplevert. Hoe hoger de score, hoe groter het risico dat de variant gevolgen heeft voor de wereldgezondheid. De EWS-benadering rangschikt SARS-CoV-2-varianten voor immuunontsnapping en fitnesspotentieel uitsluitend op basis van bestaande gegevens, en is bijgevolg niet afhankelijk van een afwachtende aanpak. Het EWS was in staat om gedurende een periode van 11 maanden de door de WHO aangewezen varianten te onderscheiden van de varianten die niet waren aangewezen, wat het vermogen van het computationele model om de herkomst van de varianten te bepalen, onderstreept. Een analyse die elke week tussen 16 september 2020 en 23 november 2021 werd uitgevoerd, markeerde 12 van de 13 door de WHO aangewezen varianten met een gemiddelde doorlooptijd van 58 dagen (twee maanden) voordat de varianten hun aanwijzing kregen. Voor de varianten Alpha tot Mu werden gemiddeld slechts ongeveer 25 gevallen geregistreerd op het ogenblik dat ze door het EWS werden gesignaleerd. Dit in tegenstelling tot de WHO-meldingen die gemiddeld plaatsvonden toen meer dan 1.500 gevallen werden geregistreerd. Het EWS detecteerde Omicron op de dag dat zijn sequentie voor het eerst werd geüpload als de variant met het hoogste immuunsysteem die ontsnapte uit meer dan 70.000 varianten die tussen begin oktober 2021 en eind november 2021 werden ontdekt, en kende er ook een hoge fitheidsscore aan toe.