Il modello di intelligenza artificiale ha selezionato due proteine espresse dal batterio della gonorrea per realizzare un vaccino a mRNA e ne ha predetto l’efficacia in vivo
L’intelligenza artificiale (AI) sta superando ogni barriera: produce testi, genera immagini, crea opere d’arte, compone brani musicali. Se nel mondo dell’arte ci si chiede come distinguere tra ciò che è frutto della mente umana e ciò che è generato artificialmente, in medicina l’approccio è forse meno filosofico, ma più pragmatico. L’AI è in grado di generare dal nulla proteine che non esistono in natura e disegnare vaccini di ultima generazione, aprendo la strada a progressi scientifici in territori sconosciuti fino a pochi anni fa. Un esempio di questa rivoluzione è l’azienda danese Evaxion Biotech, che in collaborazione con l’università del Massachusetts (Stati Uniti), ha usato l’AI per generare da zero un vaccino a base di RNA messaggero contro il batterio della gonorrea, ormai resistente alla maggior parte degli antibiotici. I risultati sono stati pubblicati sulla rivista mBio.
I VACCINI DI NUOVA GENERAZIONE
I primi vaccini contenevano virus o batteri completi, uccisi o vivi attenuati (cioè indeboliti con trattamenti e procedure di laboratorio). La maggior parte dei vaccini di nuova generazione, invece, è composta solo da parti dell’agente patogeno in grado di attivare il sistema immunitario, gli antigeni. Rispetto ai vaccini a patogeno intero, questi hanno meno effetti collaterali e non possono causare la malattia.
I vaccini genetici, conosciuti al pubblico per aver ricoperto un ruolo cruciale durante la pandemia COVID-19, sono ancora più minimalisti e contengono soltanto le istruzioni per produrre gli antigeni, nella forma di stringhe di DNA o RNA che le cellule “traducono” in proteine. Ma non tutte le parti del patogeno sono immunogeniche allo stesso modo o conferiscono la stessa protezione a lungo termine. Le caratteristiche degli antigeni variano in base alla sequenza di amminoacidi che li compongono, alla struttura tridimensionale e alla loro posizione all’interno della cellula (quelli sulla superficie, ad esempio, hanno più probabilità di essere riconosciuti dagli anticorpi).
Esistono, insomma, milioni di frammenti di proteine che possono essere presentati sulle superficie delle cellule e riconosciuti dal sistema immunitario, ma selezionare rapidamente gli antigeni che hanno più probabilità di funzionare in un vaccino è una sfida che spesso va al di là delle capacità umane.
VACCINI DISEGNATI DALL’AI
L’intelligenza artificiale (AI) basata su modelli di apprendimento automatico sta emergendo come un’alleata fondamentale nella ricerca e sviluppo di nuovi farmaci. Questi modelli processano grandi quantità di dati nella fase di training, riconoscono schemi ripetuti ed estrapolano delle previsioni, tutto in pochissimo tempo. Nell’ultimo anno, l’AI ha generato dal nulla proteine artificiali, che non esistono in natura, ma funzionano esattamente come quelle naturali, e ha migliorato la qualità di vaccini esistenti in termini di stabilità ed efficacia.
L’azienda Evaxion Biotech in Danimarca, in collaborazione con l’Università del Massachusetts e con la biotech sudafricana Afrigen Biologics, ha assegnato a un modello di AI un nuovo compito: disegnare un vaccino contro Neisseria gonorrhoea, il batterio responsabile della gonorrea, la seconda infezione sessualmente trasmissibile più diffusa al mondo dopo la clamidia.
UN VACCINO CONTRO LA “SUPER” GONORREA
Secondo le stime dell’Organizzazione Mondiale della Sanità (OMS), 82 milioni di persone contraggono la malattia ogni anno e i casi sarebbero in costante aumento. La gonorrea nelle donne può danneggiare le tube, causando infertilità e aumentando il rischio di gravidanza ectopica. Non solo rappresenta un rischio per la salute sessuale e riproduttiva globale, ma aumenta anche la suscettibilità al virus dell’HIV.
Un vaccino contro la gonorrea non è solo necessario, ma anche piuttosto urgente. Negli ultimi anni, infatti, sono continuati a emergere ceppi di N. gonorrhoea resistenti agli antibiotici. Se fino a poco fa l’infezione veniva curata con la combinazione di due antibiotici, ceftriaxone e azitromicina, dal 2020 le linee guida sono cambiate. Oggi l’azitromicina non viene più raccomandata per il trattamento dell’infezione, perché i tassi di resistenza a questo antibiotico nei “super” batteri hanno superato il 5%.
Rimane il ceftriaxone, ma per quanto ancora? Il batterio che causa la malattia continua ad accumulare mutazioni che lo proteggono dagli antibiotici e secondo gli esperti è solo questione di tempo prima che anche il ceftriaxone smetta di funzionare. La ricerca di un vaccino contro la gonorrea è quindi tanto importante quanto lo sviluppo di nuovi antibiotici.
LA PIATTAFORMA EDEN
I ricercatori hanno usato EDEN (Efficacy Discriminative Educated Network), una piattaforma AI, per selezionare tra le proteine espresse da N. gonorrhoea i potenziali antigeni per un vaccino a mRNA, la stessa tecnologia dei vaccini contro COVID-19 che è stata premiata quest’anno con il Premio Nobel per la Medicina. EDEN ha analizzato l’insieme delle proteine di 10 comuni ceppi di gonorrea ed estrapolato gli antigeni più immunogenici, da soli o in combinazione, generando una lista di 26 candidati vaccini.
I ricercatori hanno testato i vaccini disegnati da EDEN in modelli murini da laboratorio, ottenendo risultati in linea con le previsioni fatte dall’AI. Il candidato più promettente è una proteina chimerica, ossia composta da due diversi antigeni, entrambi coinvolti nel processo della divisione cellulare. I ricercatori hanno dimostrato che il sangue dei topi vaccinati contiene anticorpi in grado di neutralizzare il batterio in vitro e che gli animali immunizzati, e poi infettati con N. gonorrhoea, presentano una riduzione della carica batterica rispetto al gruppo di controllo.
UN VACCINO A SORPRESA
Ma la parte più interessante è che questo vaccino non sarebbe mai esistito se non fosse stato per l’intervento dell’intelligenza artificiale. Diversi candidati vaccini sono entrati in fase di studio preclinico nell’ultimo decennio, ma nessuno ha come bersaglio questi due antigeni. Il risultato è stato una sorpresa, perché entrambe le proteine selezionate da EDEN non erano note per essere esposte sulla superficie della cellula: senza lo “zampino” dell’AI non sarebbero mai state prese in considerazione per un vaccino.
Ma l’intelligenza artificiale serve proprio a questo: guardare là dove non avremmo mai immaginato ed esplorare nuove prospettive che aprono la strada a progressi scientifici e opportunità inaspettate.
