AIはオミクロン変異体の構造を1時間で予測、誤差は原子直径の半分のみ

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この2日間だけでも、「天津、新型コロナウイルス変異種オミクロンと戦う」は大きな注目を集めた。

オミクロンは南アフリカで最初に発見され、発見されたときから 3 世代にわたって世界中に広まりました。

天津は今回の感染予防・抑制の「主戦場」であり、昨日12時現在、天津では計97人の陽性者が報告されている。

疫病との闘いを遅らせることはできない。

同時に、世界中の科学者たちはオミクロンの研究をやめていません。

ノースカロライナ大学シャーロット校のコルビー・フォードの研究チームは最近、最新の研究結果を発表しました。

AI技術を用いて、オミクロンの複雑な構造がほぼ正確に予測されました。

彼らの研究は「巨人の肩の上に立つ」と言えるでしょう。具体的には、 AlphaFold2とRoseTTAFoldを使用して 3D タンパク質構造を予測しました。

論文の中でフォードは調査結果を次のように要約している。

Omicron の受容体結合ドメイン (RBD) の構造変化により抗体の相互作用が減少する可能性がありますが、既存の中和抗体を完全に回避することはできません。

簡単に言えば、既存のワクチンはオミクロンウイルスに対して有効ですが、その構造の変化により、抗体の認識能力が低下しています。

これにより、現在のオミクロン感染症の症例にワクチン接種を受けた患者が含まれている理由が説明されます。

しかし、この研究には、Wired 誌がコメントしたように、さらに深い意味合いがある。

それは将来の医薬品への道を示すものとなるかもしれない。

AIが1時間でオミクロンの構造を予測

この調査は昨年11月27日に遡ります。

世界保健機関は同日早朝、新型コロナウイルスのこの「最も攻撃的な変異株」を正式にオミクロンと命名した。

翌日、ブリティッシュコロンビア大学（UBC）のスリラム・スブラマニアン氏は、オンラインに掲載されたゲノム配列をすぐにダウンロードし、オミクロンのDNAサンプルを研究室に発送するよう手配した。

彼らが取りたかったアプローチは、顕微鏡を使用してオミクロンのタンパク質の 3D 構造を明らかにすることでした。

一方、コルビー・フォードは状況を注意深く見守っていた。

また、WHOが正式に命名した頃、彼は無料のAIソフトウェアを使用して、オミクロンゲノムにコード化されたアミノ酸配列からオミクロンの構造を予測しようとしました。

わずか1時間後、フォード氏は最初の結果を受け取り、すぐにそれをオンラインで公開した。

スブラマニアン氏は12月21日に顕微鏡検査で得られた結果を発表した。

最終結果では、フォードがAI技術を使って予測した2つのタンパク質構造のうち1つが、スブラマニアンの実際の観察結果に非常に近いことが証明された。

中心原子の位置誤差は、わずか約半分オングストローム（水素原子の半径程度）です。

しかし、フォード氏は、新型コロナウイルスのようなウイルスの場合、その拡散の猛烈さは誰の目にも明らかなので、研究の迅速性が特に重要だと考えている。

フォードが採用しているAI方式については、前述の通り、AlphaFold2とRoseTTAFoldをベースにしている。

全体として、彼の研究は主に 3 つの側面をカバーしています。

最初のステップは、監視対象の変異体(VBM) と懸念される変異体(VOC) の配列比較です。

フォードチームは、新型コロナウイルスの参照ゲノムのほか、さまざまなVOCとVBMの上位100個の全ゲノム配列をダウンロードした。

これらのゲノムはその後「整列」および「トリミング」され、最終的に 1026 個の配列が残りました。

これに基づいて、フォードはこれらの 1026 個の配列に「注釈」を付け、配列の類似性に基づいて配列上の受容体結合モチーフを決定しました。

次に、MEGA バージョン 11.0.10 を使用して、各配列ペア間のペアワイズ p 距離を計算し、標準翻訳テーブルを使用してスパイクタンパク質の変異ヌクレオチド配列をアミノ酸に変換しました。

最終的に、配列はスパイクタンパク質の RBD (位置 319 から 541) のみを含むようにトリミングされました。

2番目のステップは、RBDの構造予測です。

このステップでは、Ford は AlphaFold2 と RoseTTAFold を使用して、上記で得られた Omicron 由来の RBD アミノ酸配列に基づいて予測される 3D タンパク質構造を作成しました。

AlphaFold2 ベースの予測は、PTM メソッド (予測 TM スコア) を使用して「単一シーケンス」モードで実行されます。

RoseTTAFold に基づく予測は、「mmseqs2」モードを使用して実行されます。

どちらのシステムも、Omicron の予測 RBD 構造に加えて、複数の配列アライメント カバレッジ、予測アライメント エラー (PAE)、予測信頼性 (pLDDT) に関するメトリックを生成します。

3番目のステップは、中和抗体相互作用のシミュレーションです。

このステップでは、フォード チームは、上記で得られた Omicron RBD の予測構造に基づいて、既存の 4 つの中和抗体構造 (C105、CC12.1、CC12.3、CV30) との相互作用をシミュレートしました。

このプロセスでは、抗体構造の抗原結合（Fab）領域の単一フラグメントのみをドッキング サイトとして使用しました。

次に、研究者らは生体分子モデリングソフトウェアHADDOCKを使用して、RBDエピトープと中和抗体の二次構造との間の結合親和性を予測しました。

最後に、フォード チームは、実際の複合体の指標 (つまり、真の RBD 構造と Fab) と、オミクロンの予測された RBD 構造 (同じ Fab) の指標を比較しました。

…

実験結果から判断すると、既存の中和抗体は依然としてオミクロン変異体の変異したスパイクタンパク質に結合する可能性がある。

しかし、参照 RBD 構造と比較すると、Omicron の RBD の中和抗体に対する親和性は低下しているように見えます。

AlphaFold2 と RoseTTAFold の両方の結果は、以前の感染からの抗体が Omicron に対して少なくともある程度の保護を提供することを示唆しています。

このため、また今回のオミクロンの患者の症状がデルタほど重篤ではなかったことから、多くの人がこれを「ひどい風邪」に例えました。

しかし、これは本当にそうなのでしょうか?

張博立：オミクロンは「大風邪」ではない

天津の流行がこの2日間で注目を集める中、国内の専門家らが「大風邪」という言葉の説明に名乗り出た。

国立感染症センター所長の張文紅氏は次のように述べた。

すでに免疫ができている人にとっては「大インフルエンザ」です。

免疫力が十分強くない場合、オミクロンは「大きなインフルエンザ」にはなりませんが、適切な医療資源がなければ、オミクロンはあなたを「噛む」でしょう。

中国工程院の院士である張伯立氏も次のように述べた。

オミクロンは「大型インフルエンザ」とは異なります。海外では患者の約50～60％に症状が長引いたり、後遺症が残ったりしますが、通常のインフルエンザでは症状はそれほど多くありません。

つい最近、世界保健機関もオミクロンについて「毒性は弱いかもしれないが、過小評価することはできない」と警告を発した。

「6～8週間以内に欧州人の半数以上が感染する可能性がある」という予測もある。

したがって、適切な防疫対策を講じることが最優先事項となります。

この点について、汕頭大学のウイルス学専門家である張栄山氏は、「N95マスクやKN95マスクを用意していない天津市民は、外出時に二重のサージカルマスクを着用するか、布マスクの上にサージカルマスクを着用して気密性を高めるべきだ」と提案した。

彼はこう言った。

マスクを2枚重ねて着用した場合の予防効果は90％で、感染の確率を90％減らすことができます。一方、マスク1枚の場合の効果は70％です。