新型コロナウイルスの「ハイリスクな変異株」をWHOより約2カ月も早く特定するAIシステムをBioNTechが開発

世界中で猛威を振るっているSARS-CoV-2(新型コロナウイルス)は感染を繰り返す中で遺伝子配列が変化し、従来の株とは感染力や重症度が違う「変異株」が現れます。ファイザーと共に新型コロナウイルス感染症(COVID-19)のワクチンを開発したBioNTechが、多くの人々に影響を与える「ハイリスクな変異株」を世界保健機関(WHO)が指定するより早く見つけ出す「Early Warning System(早期警告システム)」を開発したと発表しました。

Early Computational Detection of Potential High Risk SARS-CoV-2 Variants | bioRxiv
https://www.biorxiv.org/content/10.1101/2021.12.24.474095v1

BioNTech and InstaDeep Developed and Successfully Tested Early Warning System to Detect Potential High-Risk SARS-CoV-2 Variants | BioNTech
https://investors.biontech.de/news-releases/news-release-details/biontech-and-instadeep-developed-and-successfully-tested-early/

BioNTech has developed a method to predict new high-risk variants of COVID-19 | TheHill
https://thehill.com/changing-america/well-being/medical-advances/589282-biontech-has-developed-a-method-to-predict-new

世界中の研究者から日々報告されている新型コロナウイルス変異株のうち、一部の変異株は流行の状況に大きな影響を及ぼします。WHOは世界中の研究チームによる報告を取りまとめ、特に危険な変異株を「Variants of Concern(VOC／懸念される変異株)」「Variants of Interest(VOI／注目すべき変異株)」「Variants Under Monitoring(VUM／監視すべき変異株)」に選定しています。

中でも「懸念される変異株」は感染力や重症度において従来株と大きく違っており、これまでに「アルファ株」「ベータ株」「ガンマ株」「デルタ株」「オミクロン株」が指定されています。こうしたハイリスクな変異株を検出して対策を取ることが感染拡大の防止に重要ですが、最初に変異株が報告された後に研究者らがリスクを分析し、WHOがハイリスクな変異株だと認定するまでにはタイムラグがあるとのこと。

そこでドイツに本拠を置くBioNTechはAIシステムを開発するInstaDeepと協力し、ハイリスクな変異株を早期検出する「早期警戒システム」を開発しました。AIを利用した早期警戒システムは、世界的に利用可能な新型コロナウイルスの遺伝子配列データを素早く分析して、人間の研究者よりも早くハイリスクな変異株にフラグを立てることができるとBioNTechは主張しています。

新たに開発された早期警戒システムは、ウイルスのスパイクタンパク質と受容体細胞の相互作用に関する構造モデリングと、ウイルスの免疫回避特性および健康への影響をスコアリングする指標に基づいています。AIベースの予測モデリングが、世界中の研究者によって報告された膨大な新型コロナウイルスの遺伝子配列データを分析し、特定の変異株がどれほどのリスクをもたらすのかを評価するとのこと。

早期警戒システムの能力を確かめるため、研究チームは2020年9月から2021年11月にかけて実験を行いました。その結果、WHOが「懸念される変異株」「注目すべき変異株」「監視すべき変異株」に指定した13株のうち12株について、WHOの指定より平均2カ月早く「ハイリスクな変異株」としてフラグを立てることができました。日本でも流行が懸念されるオミクロン株については、遺伝子配列データが利用可能になった初日にフラグを立てたとBioNTechは報告しています。

BioNTechの共同創設者兼CEOであるウール・シャヒン氏は、新たに開発した高度な手法を用いることでスパイクタンパク質の配列情報を解析し、予測される免疫回避特性などのスコアに従って変異株のリスクを検出できると主張。「ハイリスクの可能性がある変異株を早期に検出することは、研究者・ワクチン開発者・保健当局・政策立案者に注意を促す有効な手段と鳴り、懸念される新しい変異株に対応する時間をより多く確保することができます」と述べています。

InstaDeepの共同創設者であるKarim Beguir氏は、「現在は毎週1万件以上の新しい変異遺伝子配列が発見されていますが、人間の専門家がこれほどの規模の複雑なデータに対処するのは不可能です。私たちはInstaDeepのプラットフォームの強力なAI機能と、BioNTechのSARS-CoV-2に関するノウハウおよび技術を組み合わせることで、この課題に取り組みました」とコメントしました。