数学家利用人工智能和新型聚类算法识别新出现的COVID-19变种

数学家利用人工智能和新型聚类算法识别新出现的COVID-19变种 叠加在冠状病毒插图上的 CLASSIX 聚类结果的风格化图像。资料来源:曼彻斯特大学、疾病预防控制中心/MSMI 的 Alissa Eckert;MAMS 的 Dan Higgins本周发表在《美国国家科学院院刊》(PNAS)上的这项研究可以支持传统的病毒进化追踪方法,如系统发育分析,目前这种方法需要大量的手工整理。曼彻斯特大学研究员、论文第一作者和通讯作者罗伯托-卡万齐(Roberto Cahuantzi)说:"自从COVID-19出现以来,我们已经看到了多波新的变种、传播性增强、免疫反应逃避和疾病严重性增加。科学家们现在正加紧努力,以便在α、δ和Ω等这些令人担忧的新变种出现的最初阶段就将其定位。如果我们能找到一种快速有效的方法,就能更积极地采取应对措施,比如开发有针对性的疫苗,甚至有可能在变异体形成之前就将其消灭。"拟议的 COVID-19 变异识别方法步骤示意图。资料来源:曼彻斯特大学与许多其他RNA病毒一样,COVID-19 的变异率很高,而且两代之间的间隔时间很短,这意味着它的进化速度极快。这意味着识别未来可能出现问题的新毒株需要付出巨大的努力。目前,GISAID 数据库(全球共享所有流感数据倡议)提供了近 1600 万个序列,该数据库提供了流感病毒的基因组数据。从这些数据中绘制出所有 COVID-19 基因组的进化和历史,目前需要耗费大量的计算机和人力时间。所述方法实现了此类任务的自动化。研究人员只用了一到两天时间,就用一台标准的现代笔记本电脑处理了 570 万个高覆盖率序列;这是现有方法无法做到的,由于减少了资源需求,更多研究人员掌握了识别相关病原体菌株的能力。曼彻斯特大学数学科学教授托马斯-豪斯(Thomas House)说:"大流行期间产生了前所未有的大量基因数据,这要求我们改进方法,对其进行彻底分析。数据仍在快速增长,但如果不显示出整理这些数据的益处,这些数据就有可能被移除或删除。""我们知道,人类专家的时间是有限的,因此我们的方法不应该完全取代人类的工作,而应该与他们并肩工作,以便更快地完成工作,并将我们的专家解放出来,从事其他重要的开发工作"。拟议方法的工作原理是通过计数将 COVID-19病毒的基因序列分解成以数字表示的较小"词"(称为 3-mers)。然后,它利用机器学习技术,根据单词模式将相似的序列分组。曼彻斯特大学应用数学教授斯特凡-居特尔(Stefan Güttel)说:"与传统方法相比,我们开发的聚类算法CLASSIX对计算的要求要低得多,而且是完全可解释的,也就是说,它能对计算出的聚类提供文字和视觉上的解释"。Roberto Cahuantzi 补充说:"我们的分析是一个概念验证,证明了机器学习方法作为一种预警工具的潜在用途,可用于早期发现新出现的主要变种,而无需依赖生成系统发育。虽然系统发生学仍然是了解病毒祖先的'黄金标准',但这些机器学习方法能够以较低的计算成本容纳比当前系统发生学方法多几个数量级的序列"。编译自:ScitechDaily ... PC版: 手机版:

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专家警告:随着COVID-19变种的不断演变 疫苗监测至关重要

专家警告:随着COVID-19变种的不断演变 疫苗监测至关重要 他们的研究以研究信的形式发表在《柳叶刀》上,该研究比较了新的单价 COVID 疫苗(该疫苗专门针对 Omicron 的 XBB 变异株,符合世界卫生组织的建议)和含有 Omicron 变异株和 COVID-19 原始株混合株的老式二价疫苗,英国在 2023 年秋季开始使用单价疫苗。研究人员发现,两种疫苗都能产生针对最新的 Omicron 菌株 BA.2.86 的中和抗体。不过,新的单价疫苗针对一系列其他奥米克龙变种产生的抗体水平更高。研究小组收集了71名参加遗产研究(Legacy study)的人员在接种第五剂疫苗前后的血液和鼻腔粘膜样本,该研究是克里克大学和伦敦大学学院医院生物医学研究中心(NIHR)的一项合作研究。他们比较了接种前后的抗体水平。鼻腔抗体水平和疫苗疗效接种了二价疫苗的 36 名参与者和接种了单价疫苗的 17 名参与者的抗体水平都有所提高,可以抵御所有变异株,包括今年冬天引发感染潮的最新变异株 BA.2.86。但那些接种了较新的单价疫苗的人在接种加强疫苗后,针对 XBB 和 BQ.1.1 株的抗体水平要高出 3.5 倍。由于奥米克龙病毒具有高度传播性,而且病毒会在鼻腔和喉咙中复制,研究人员对参与者鼻腔中的抗体水平进行了检测。他们发现,单价疫苗提高了参与者产生针对大多数受测变种的粘膜抗体的能力,而二价疫苗则没有明显提高。两种疫苗都没有提高鼻腔中针对最新变种 BA.2.86 的中和抗体水平,这表明目前的疫苗可能不太可能阻止传播或预防无症状或轻微疾病,但仍能预防严重疾病。这凸显了谨慎更新疫苗的重要性,同时,由于一些较脆弱的人群对疫苗反应不佳,因此必须继续开发可预防所有变种的抗体药物来补充疫苗接种计划。专家评论和未来战略的必要性克里克高级临床研究员、加州大学洛杉矶分校医院传染病顾问艾玛-沃尔(Emma Wall)说:"英国去年部署旧版疫苗库存的策略取得了成效,两种疫苗对最新菌株提供了同等保护。但是,由于病毒在不断进化,因此需要持续监测,疫苗诱导的抗体将来可能不会那么有效。从长远来看,我们需要能有效抵御所有新变种并能阻止 COVID-19 在人与人之间传播的疫苗"。克里克RNA病毒复制实验室组长大卫-鲍尔(David LV Bauer)说:"如果新出现的BA.2.86和JN.1变种与旧的Omicron变种有本质区别,那么今年冬天的情况可能会有所不同,但幸运的是情况并非如此。大多数新变种的出现速度比大多数临床试验产生数据的速度要快。但实验室分析可以很快提供详细的信息。持续监测将帮助我们紧跟病毒进化的步伐"。编译自/scitechdaily ... PC版: 手机版:

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全球经历3年多的 #新冠病毒(Covid-19)疫情,病毒源头问题仍备受争议。《华尔街日报》报道,美国国会调查发现,2019年底,中国研究人员已绘制出新冠病毒基因序列图谱,但相隔超过两周才向世界卫生组织(WHO)公开细节,令国际公共卫生专家错过及早预防的机会。 详细报道 来源:自由亚洲

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与病毒一起进化:更新COVID-19疫苗的反应会受到以前接种疫苗的影响

与病毒一起进化:更新COVID-19疫苗的反应会受到以前接种疫苗的影响 COVID-19大流行已经结束,但该病毒仍在继续流行,每周都有数千人住院治疗,并经常产生新的变种。由于该病毒具有极强的变异和免疫逃避能力,世界卫生组织(WHO)建议每年更新 COVID-19 疫苗。但一些科学家担心,首批 COVID-19 疫苗取得的巨大成功可能会对更新版本产生不利影响,从而削弱年度疫苗接种计划的效用。类似的问题也困扰着每年的流感疫苗接种活动;一年的流感疫苗接种所产生的免疫力可能会干扰随后几年的免疫反应,从而降低疫苗的效力。圣路易斯华盛顿大学医学院研究人员的一项新研究有助于解决这个问题。与对流感病毒的免疫不同,先前对导致 COVID-19 的SARS-CoV-2 病毒的免疫不会抑制后来的疫苗反应。研究人员报告说,它反而会促进广泛抑制性抗体的发展。重复接种疫苗的益处这项在线发表于《自然》(Nature)上的研究表明,反复接种 COVID-19 疫苗的人最初接种的是针对原始变种的疫苗,之后接种的是针对变种的强化疫苗和更新疫苗产生的抗体能够中和多种 SARS-CoV-2 变种,甚至是一些远缘冠状病毒。研究结果表明,定期重新接种 COVID-19 疫苗非但不会阻碍人体识别和应对新变种的能力,反而会使人们逐渐积累起广泛的中和抗体,从而保护他们免受新出现的 SARS-CoV-2 变种和其他一些冠状病毒的感染,甚至是那些尚未出现的感染人类的病毒。资深作者、赫伯特-S-加瑟医学教授、医学博士迈克尔-S-戴蒙德(Michael S. Diamond)说:"一个人接种的第一种疫苗会诱发强烈的初级免疫反应,这种反应会影响对后续感染和疫苗接种的反应,这种效应被称为'印记'。原则上,印记可以是积极的、消极的或中性的。在这种情况下,我们看到的强烈印记是积极的,因为它与具有显著广泛活性的交叉反应中和抗体的发展相结合。"医护人员于 2020 年 12 月接种了第一剂 COVID-19 疫苗。圣路易斯华盛顿大学医学院研究人员的一项研究发现,重复接种更新版的 COVID-19 疫苗可促进抗体的发展,从而中和导致 COVID-19 以及相关冠状病毒的多种病毒变体。资料来源:马特-米勒/华盛顿大学印记是免疫记忆发挥作用的自然结果。第一次接种会触发记忆免疫细胞的发育。当人们接种第二次与第一次非常相似的疫苗时,第一次疫苗激发的记忆细胞就会被重新激活。这些记忆细胞主导并形成对后续疫苗的免疫反应。就流感疫苗而言,印记会产生负面影响。产生抗体的记忆细胞会排挤产生抗体的新细胞,人们针对新疫苗中的菌株产生的中和抗体相对较少。但在其他情况下,"印记"可能是积极的,因为它能促进交叉反应抗体的产生,从而中和最初疫苗和后续疫苗中的毒株。关于印记及其影响的研究为了了解印记如何影响对重复接种COVID-19疫苗的免疫反应,戴蒙德和包括第一作者、研究生梁洁玉在内的同事们研究了小鼠或接种过一系列COVID-19疫苗和增强剂的人的抗体,这些疫苗和增强剂首先针对的是原始变体,然后是奥米克变体。一些人类参与者也自然感染了导致COVID-19的病毒。第一个问题是印记效应的强度。研究人员测量了参与者体内有多少中和抗体是针对原始变体、奥米克隆变体或两者的。他们发现,只有极少数人产生了针对奥米克龙的特异性抗体,这种模式表明最初的疫苗接种产生了强烈的印记效应。但他们也发现,原始变体的抗体也很少。绝大多数中和抗体与这两种抗体都有交叉反应。下一个问题是交叉反应效应的范围有多大。根据定义,交叉反应抗体可识别两种或两种以上变体的共同特征。有些特征只有相似的变种才共享,有些特征则是所有 SARS-CoV-2 变种甚至所有冠状病毒共享。为了评估中和抗体的广泛性,研究人员用一组冠状病毒对抗体进行了测试,其中包括来自两个omicron支系的SARS-CoV-2病毒、一种来自穿山甲的冠状病毒、导致2002-03年SARS流行的SARS-1病毒以及中东呼吸综合征(MERS)病毒。这些抗体能中和除 MERS 病毒以外的所有病毒,因为 MERS 病毒与其他病毒来自不同的冠状病毒家族分支。进一步的实验表明,这种显著的广泛性是由于原始疫苗和变异疫苗的结合。只接种针对 SARS-CoV-2 原始变体疫苗的人产生了一些交叉反应抗体,这些抗体能中和穿山甲冠状病毒和 SARS-1 病毒,但水平较低。不过,在接种奥米克疫苗后,针对两种冠状病毒的交叉反应性中和抗体有所增加。综上所述,这些研究结果表明,定期重新接种针对变种的最新 COVID-19 疫苗不仅可以让人们抵御疫苗中的 SARS-CoV-2 变异株,还可以抵御其他 SARS-CoV-2 变异株和相关冠状病毒,可能包括尚未出现的变种。分子微生物学教授、病理学与免疫学教授戴蒙德说:"在 COVID-19 大流行之初,世界人口的免疫系统还很幼稚,这也是病毒传播如此之快、造成如此之大破坏的部分原因。我们并不确定每年接种更新的 COVID-19 疫苗是否能保护人们免受新出现的冠状病毒的感染,但这是有可能的。这些数据表明,如果这些交叉反应抗体不会迅速减弱我们需要长期跟踪它们的水平才能确定它们可能会在相关冠状病毒引起的大流行中提供一定甚至是实质性的保护。"编译来源:ScitechDaily ... PC版: 手机版:

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科学家发现 COVID-19 如何暗中损害心脏 带来严重健康后果

科学家发现 COVID-19 如何暗中损害心脏 带来严重健康后果 不过,研究人员说,这些发现可能与心脏以外的器官有关,也可能与SARS-CoV-2以外的病毒有关。科学家们早就知道 COVID-19 会增加心脏病发作、中风和长 COVID 的风险,而之前的成像研究也表明,50% 以上的 COVID-19 感染者的心脏会出现一些炎症或损伤。科学家们不知道的是,这种损害是因为病毒感染了心脏组织本身,还是因为人体对病毒的免疫反应引发了全身炎症。美国国立卫生研究院下属的国家心肺血液研究所(NHLBI)基础与早期转化研究项目副主任米歇尔-奥利弗博士说:"这是一个关键问题,找到答案将使我们对这种严重肺损伤与可能导致心血管并发症的炎症之间的联系有一个全新的认识。研究还表明,通过治疗抑制炎症可能有助于最大限度地减少这些并发症。"为了得出结论,研究人员重点研究了被称为心脏巨噬细胞的免疫细胞,这些细胞通常在保持组织健康方面发挥着关键作用,但在心脏病发作或心力衰竭等损伤时会变成炎性细胞。研究人员分析了21名死于SARS-CoV-2相关ARDS的患者的心脏组织标本,并与33名死于非COVID-19原因的患者的标本进行了比较。他们还用 SARS-CoV-2 感染了小鼠,以观察巨噬细胞在感染后发生了什么变化。在人类和小鼠身上,他们发现 SARS-CoV-2 感染增加了心脏巨噬细胞的总数,也使它们改变了正常的作息规律,变得具有炎症性。该研究的资深作者、哈佛医学院放射学教授、医学博士马蒂亚斯-纳伦多夫(Matthias Nahrendorf)说,当巨噬细胞不再从事正常工作(包括维持心脏的新陈代谢和清除有害细菌或其他外来物质)时,它们就会削弱心脏和身体的其他部分。研究人员随后设计了一项小鼠研究,以检验他们观察到的反应是由于 SARS-CoV-2 直接感染了心脏,还是由于肺部的 SARS-CoV-2 感染严重到足以使心脏巨噬细胞更加炎症。这项研究模拟了肺部炎症信号,但没有实际的病毒存在。结果是:即使在没有病毒的情况下,小鼠也能表现出足够强的免疫反应,产生与研究人员在死于 COVID-19 的病人和感染了 SARS-CoV-2 的小鼠身上观察到的相同的心脏巨噬细胞转移。纳伦多夫说:"这项研究表明,COVID感染后,免疫系统会引发全身严重炎症,从而对其他器官造成远程损害这还不包括病毒本身直接对肺组织造成的损害。这些发现也可以更广泛地应用,因为我们的研究结果表明,任何严重的感染都会给全身带来冲击。"研究小组还发现,用中和抗体阻断小鼠的免疫反应可以阻止炎性心脏巨噬细胞的流动,保护心脏功能。虽然他们还没有在人体中进行试验,但这样的治疗方法可以作为一种预防措施,帮助COVID-19患者或那些可能因SARS-CoV-2相关ARDS而导致更严重后果的人。编译自:ScitechDaily ... PC版: 手机版:

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科学家证明严重 COVID-19 是一种血栓性疾病

科学家证明严重 COVID-19 是一种血栓性疾病 对九名死于严重 COVID-19 的人进行的尸检显示,肺血管结构和血栓形成的变化模式截然不同。文章首次描述了由感染引起的内皮损伤和相关血栓现象的亚细胞方面。文章指出,急性炎症对肺部微血管循环的影响是导致严重 COVID-19 的关键因素,这有助于加深对该疾病病理生理学的理解和新型治疗策略的开发。"这项研究最终证明了我们从疫情一开始就指出的一点严重的 COVID-19 是一种血栓性疾病。SARS-CoV-2病毒对血管内皮细胞(即血管的细胞层)有吸附作用。当它侵入内皮细胞时,首先会影响微血管循环。"文章第一作者、圣保罗大学医学院(FM-USP)教授、肺病学家埃尔纳拉-内格里(Elnara Negri)说:"问题始于肺部的毛细血管(环绕肺泡的微小血管),然后是可到达任何其他器官的较大血管的凝血。"她是世界上最早得出严重COVID-19是一种血栓性疾病这一结论的研究人员之一。南太平洋大学的研究人员分析了九名死于 COVID-19 的患者的肺组织。资料来源:Elia Caldini在这项由 FAPESP 资助的研究中,研究人员使用透射和扫描电子显微镜观察了病毒对 COVID-19 重症患者肺内皮细胞的影响,这些患者死于 FM-USP 运营的综合医院Clínicas 医院。通过微创尸检获得的九份样本都显示出血栓性微血管病的高发病率小动脉和毛细血管中的微小血凝块可导致器官损伤和缺血性组织损伤。这些样本来自2020年3月至5月期间住院的患者,他们需要插管和重症监护,并因难治性低氧血症和急性呼吸衰竭而死亡。值得注意的是,这项研究中的所有患者都没有接受抗凝血剂治疗,因为这不是当时 COVID-19 治疗方案的一部分。在此期间,也没有任何 COVID-19 疫苗可用。内皮糖萼脱落内格里解释说,内皮本身有一层凝胶状的糖蛋白层,称为糖萼,它是调节大分子和血细胞进入内皮表面的屏障。这层屏障通过抑制血小板与内皮的相互作用来防止血管凝血。圣保罗联邦大学的海伦娜-纳德以前进行的研究表明,SARS-CoV-2主要通过与受体ACE-2(呼吸系统上皮细胞和内皮细胞等各类细胞表面的一种蛋白质)结合侵入细胞,但在此之前,它会与硫酸肝素(一种多糖)结合,硫酸肝素是内皮细胞糖萼的一种主要成分。"当它侵入内皮细胞时,会引发糖萼的脱落和破坏,导致组织暴露和血管内凝血。这一过程始于微循环,"Negri 解释说。由于病毒最初作用于肺部微循环,因此在大流行期间为调查严重COVID-19患者大血管中是否存在血凝块而进行的对比检查未能在任何早期阶段发现这一问题。然而,内皮功能障碍是COVID-19的一个关键现象,因为它与该病特有的炎症反应的激活直接相关。她说:"病毒的大规模入侵和对内皮的破坏会破坏内皮屏障,损害循环免疫细胞的招募,激活与血栓形成和炎症相关的通路。"研究人员在研究中发现,内皮损伤往往先于呼吸窘迫病例中的两个常见过程:肺泡-毛细血管膜渗漏和肺泡内纤维蛋白积聚(与血液凝固和伤口愈合有关)。由 Thais Mauad 领导的同一研究小组在 FM-USP 进行的一项包括转录组学(分析所有RNA转录本,包括编码和非编码)在内的研究表明,在肺泡受损患者的肺部发生炎症之前,一些与凝血和血小板激活相关的通路已经被激活。分析还证实,凝血并不是由凝血因子激活引发的典型过程。Negri说:"在COVID-19中,凝血是由于内皮损伤,并因NETosis[一种通过形成中性粒细胞胞外捕获物或NET而导致程序性细胞死亡的免疫机制]、红细胞畸形和血小板活化而加剧,所有这些都使血液变得更粘稠,并导致许多并发症。"她补充说,当血液粘稠、血栓形成率高时,患者必须保持水分充足,而其他原因导致的急性呼吸窘迫综合征的弥漫性肺泡损伤则需要减少水分补充。此外,抗凝的时机和严格控制也是至关重要的。玛丽莎-多尔尼科夫(Marisa Dolhnikoff)和埃利亚-卡尔迪尼(Elia Caldini)等同一组研究人员进行的另一项研究显示,重症 COVID-19 患者的肺损伤与 NETosis 的程度有关:尸检获得的肺组织中 NET 的水平越高,肺损伤越严重。内格里说,在大流行病早期,她就开始怀疑 COVID-19 与血栓形成之间存在联系,当时她注意到了一个现象,回想起大约 30 年前,她在使用体外循环和气泡氧合器(因会造成内皮损伤而不再使用)进行开胸手术后,病人出现微血管凝血的经历。"这是 30 年前广泛使用的一种技术,但它造成的肺损伤与 COVID-19 中看到的非常相似。所以我早就见过。除了肺损伤外,另一个相似之处是出现外周血栓现象,例如红脚趾,"她说。当严重的 COVID-19 发病时,血氧水平的下降会继发于肺部毛细血管血栓形成。起初,肺部没有积液,没有'饱和',也没有失去顺应性或弹性。这意味着早期重症 COVID-19 患者的肺部不会像急性呼吸窘迫综合征 [ARDS] 患者那样像海绵一样充满液体。相反,与严重 COVID-19 相关的呼吸衰竭涉及肺脱水。肺泡充满空气,但由于毛细血管凝结,氧气无法进入血液。这就导致了我们所说的'快乐缺氧',患者不会感到呼吸急促,也不会意识到自己的血氧饱和度已经低到危险的程度。在观察一名重症 COVID-19 患者的插管过程时,Negri 意识到对这类病例的治疗应该与大流行开始时完全不同。她说:"治疗重症 COVID-19 患者的秘诀是保持患者体内水分充足,并按正确的剂量使用抗凝剂,即在医院环境中氧饱和度开始下降(即血液中氧含量低)时所需的剂量。之后,必须每天根据血液检查结果计算抗凝剂的治疗剂量,而且必须始终在医院环境中进行,以避免任何出血风险。出院后平均四到六周内都需要进行预防,因为内皮再生需要这么长的时间"。她解释说,之所以需要这种水合和抗凝方案,是因为与其他类型的 ARDS(肺部氧气主要因肺泡炎症而无法进入血液)不同,肺毛细血管内皮损伤是早期重症 COVID-19 的主要障碍。"在大流行之初,没有人知道 COVID-19 和其他类型 ARDS 之间的这种区别。事实上,这就是许多意大利病人死在重症监护室的原因。"她回忆说:"当时使用的治疗方案是不同的。"2020 年,在这项研究在《应用生理学杂志》上发表之前,Negri 和她的研究小组已经观察到,使用抗凝剂肝素可以改善危重病人的血氧饱和度。2021 年,他们与多个国家的同事合作开展了一项随机临床试验,成功证明肝素治疗可降低 COVID-19 重症患者的死亡率。研究结果发表在《英国医学杂志》上。Negri说:"这项研究表明,当需要补充氧气但尚未接受重症监护的患者开始接受抗凝治疗时,COVID-19的死亡风险降低了78%,从而帮助全球改变了COVID-19治疗指南。"她解释说,对于严重的COVID-19,应立即使用抗凝血剂逆转内皮功能障碍。她说:"必须尽快阻止血液凝固,以避免出现急性呼吸窘迫和疾病的其他后果,例如现在被称为Long-COVID的问题。"英国研究机构的研究人员最近在《自然医学》(Nature Medicine)杂志上发表了一篇文章,报告了一项研究,其中发现的唯一Long-COVID 预后标志物是纤维蛋白原和 D-二聚体,它们都是与凝血有关的蛋白质,这进一步证实了该疾病的血栓性。"这项研究表明,Long-COVID 是血栓治疗不当的结果。微循环问题会在多个器官中持续存在,包括大脑、心脏和肌肉,就像病人有小的心脏病发作一样,"Negri 说。编译来源:ScitechDaily ... PC版: 手机版:

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