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用魔法打败魔法,传染性疫苗能消灭传染病吗?

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已知:1。传染病是由病原体传播引起的;2.疫苗是由病原微生物制成的;3.疫苗是预防和控制传染病最经济有效的手段。

求:疫苗有可传染性会发生什么?

机智如你,一定会想到传染性疫苗走病毒之路,让病毒无路可走。

只要一个人或动物接种了疫苗具有抵抗力,它就可以复制并传播给附近的其他人或病毒。它轻松实现群体免疫,避免病毒微生物的攻击,使人类完全摆脱传染病的威胁吗?

科学家们自然开始思考普通人能理解的逻辑。20世纪80年代,澳大利亚的一个研究项目试图利用自我传播病毒来消灭害虫。1999年,时任西班牙动物卫生研究中心主任的José Manuel Sánchez-Vizcaíno带领一组研究人员对可传染性疫苗进行了研究,主要针对家兔养殖中容易出现的两种病毒性疾病:出血热和粘液瘤病基因编辑技术制成的混合病毒疫苗注入147只兔子,在兔子中传播32天。56%未接种疫苗的兔子成功产生抗体。

那么,传染性疫苗能在人类群体中发挥同样的作用吗?理论上是可行的,一些含有活病毒的疫苗已经被证明是传染性的。

众所周知,脊髓灰质炎病毒麻痹症,病情严重可导致儿童瘫痪,是一种极具威胁性的传染病。脊髓灰质炎疫苗在非洲、东南亚等卫生资源不足的地区也很难接种。科学家们发现,口服脊髓灰质炎疫苗(OPV)免疫病毒在接种并随儿童排泄后,可在空气中传播至少12个月,使其他未接种疫苗的儿童实现被动免疫。

由于动物实验和理论的可行性,世界各地都被新型冠状病毒的流行所困扰,为什么不让梦想尽快进入现实呢?因此,最近,一些科学家将这一想法列入议程,并试图研究传染性疫苗。

当然,传染性疫苗涉及的一系列伦理问题和技术困难也是真实的。例如,临床试验很难进行。毕竟,被动的感染性疫苗几乎不可能得到健康人群的知情同意;风险未知。传染性疫苗可能导致传染性疫情。人工智能(AI)疫苗人类最强大、最有前途的分析工具,疫苗的研发进程进一步加快。

当前计算科学与生命科学中潜在技术的碰撞能否成为消除传染病的新机遇?这个潘多拉宝盒会释放什么副产品?

目前,医疗计划还不够安全。应该研究吗?至少在传染病领域,适度的先进研究是值得的。

传染病是20世纪人类过早死亡和残疾最多的疾病。从1918年到1919年西班牙流感流行期间,世界人口的三分之一(约5亿人)感染并出现症状。美国位于另一个大陆,有60多万人死亡。21世纪的五分之一已经出现了SARS、MERS、全球流行埃博拉、新冠肺炎等新病毒。

新病毒变得越来越严重的原因有很多。这里有两个重要的问题:一是人类活动范围与野生动物的交集增加,更多的病毒从野生动物溢出到人类群体。数据显示,60% 已知传染病和 75% 的新发传染病是人畜共患病。现有医学对这些新病毒的认识和干预是不够的。二是全球经济一体化和人口总量增长,使传染病传播范围更广、频率更快、损失更严重。

目前,人类传染病的防治主要结合传染病的三个基本参数:1。病原体安全操作(严格管理野生动物、生物实验室安全管理);2。传播方法-阻断传播,减少突变;3。易感宿主-疫苗接种和药物治疗。

不难发现,这些参数非常复杂、被动和不确定。此时,具有自我传播能力的疫苗提供了一种新的、更积极的解决方案。

从源头上看,传染性疫苗可以在野生动物中传播,并在病原体从野生动物溢出到人类之前消除。科学界正在开发的传染性疫苗,包括埃博拉病毒、牛结核病、狂犬病病毒、鼠疫等,理论上可以在大降低人畜共患的概率。

人类大规模疫苗接种一直是控制人畜共患病原体最突出的方法,传染性疫苗可以自行传播,使群体免疫力比疾病传播得更快。

治标治本,这么好的办法,科学家怎么特搞呢?

从某种意义上说,传染性疫苗就像核武器,可能永远不会被使用,但必须有。如果我们需要它,技术最好成熟。

为什么这么说?

一方面,危险是真正的危险。

传染性疫苗的技术和伦理风险都很高。

对人类来说,疫苗的自传播不仅可以增加群体免疫力,还可以增加疫苗进化的概率,这往往会破坏疫苗的有效性。《微生物学趋势》杂志上的一项研究表明,随着疫苗的进化,可传播的免疫疫苗也可能对覆盖率低的人危险。

以口服脊髓灰质炎疫苗(OPV)例如,脊髓灰质炎病毒可能在多次传播中循环进化(cVDPV),疫情发生在免疫不足的人群中。世界卫生组织的调查显示,自2000年以来,就有21个国家发生了24起循环的疫苗衍生脊灰病毒疫情。当然,接种超过100亿剂OPV与疫苗相比,疫苗循环传播引起的感染病例不超过760例,公共卫生效益明显巨大,但疫苗自传播的感染风险也存在。

对于动物来说,将人工传染性疫苗转化为野生动物可能会给自然带来不可预测的后果,如果这些疫苗像病毒一样突变,最终被人类接触,可能会崩溃复杂的生态系统。

澳大利亚查尔斯特大学野生动物健康与病理学副教授安德鲁彼得斯分享了这样一个案例。1952年,一名法国男子故意释放粘液瘤病毒,以使兔子远离他的家庭花园。2018年,西班牙研究人员发现,粘液瘤病毒正在杀死一种类似兔子的物种,这已成为欧洲大陆的毁灭性挑战。

但另一方面,传染性疫苗是一种非常重要的防御。

如今,全球化已成为事实。谁掌握了病毒流行的屠龙刀,就为对外开放和经贸交流提供了安全。同时,传染病的问题在于其不可预测性。在形成趋势之前,了解传染病机制,开发个性化干预诊疗方案,保护当地安全,尽快识别和预测传染病的流行是非常重要的。尤其是AI加入对传染病疫苗的研发和风险控制有很大的帮助。在风险可控的前提下,传染病疫苗将不可避免地取得突破,传染病的紧迫性也决定了在这一领域卡住脖子将非常不舒服。

为什么说AI传染性疫苗的风险可控吗?

正如前面所说,科学家们最担心的是传染性疫苗的传播模式、病毒性和生物系统的影响。出于谨慎,他们自然会选择把这个想法放在架子上。目前,随着世界流行的卫生数据集的建立和人类基因组的计划的完成,可以使用大量的数据AI用于更好地了解传染病的感染机制、耐药性、传播模式和疫苗设计,为传染病疫苗铺平道路。

比如一开始,AI根据病毒进化的多样性、毒性、动力学等特点,可以预测新传染病的规模,然后采取早期措施。2014年,来自美国、中国、新西兰和南非的几个科学团队开发了时间序列模型,可以预测传染病的流行ARIMA。由于传染病通常以循环和重复的方式感染,时间序列模型可以过滤数据中的噪声,检测局部趋势,并根据最近的事件自动更新模型,从而预测出血热、登革热、结核病等传染病的季节性爆发。

爱达荷大学开发了基于预测的算法模型β疱疹病毒载体(如MCMV)传染性疫苗可以快速有效地控制病原体的传播,通常可以在接种传染性一年内消除病原体。爱达荷大学教授斯科特·努伊斯默(Scott Nuismer)算法模型证明了传染性疫苗快速控制人畜共患传染病的潜力。

不难发现,AI模型预测传染病的传播可以为决策者提供一定程度的理由,及时防范和降低传播风险,更容易得到公众的支持。也许在不久的将来,我们可以看到传染病疫苗从理论到现实。

在疫苗设计阶段,科学家需要卷起袖子进行试验,其中AI也能提供不小的帮助。传统的抗体设计往往需要在大量靶点中找到能够触发免疫反应的蛋白质作为抗原,再对设计出来的免疫抗体进行有效性和安全性的判断,是一项复杂的任务,并且存在大量的不确定性。AI快速预测候选抗体的能力可以加快新疫苗的发展。

目前,研究研究团队正在开发急性传染病拉沙热传染病疫苗,捕获一些携带拉沙热病毒的大鼠,并将病毒分离并拼接到目标上DNA由遗传物质制成的疫苗可诱发强烈的免疫反应,终身感染宿主,通常不会引起严重疾病。

皮埃罗·斯加鲁菲(Piero Scaruffi)在《人类2.0:在硅谷探索科技未来时,新的科技革命将重新定义人类。人类历史上几千年来不变的生、老、病、死问题已正式纳入技术解决范畴。显然,传染病的技术变化已经成为关系到未来的屠龙刀。

如果传染性疫苗是深渊之龙,我们要做的不是远离深渊,而是谨慎自信地迈出驯龙的步伐。至少有两个基本条件可以成为驯龙大师:

第一,AI底座。在分子筛选和有效性预测方面,往往需要分析数千万级药物分子,其中大量的数据没有标记,此时AI模型的性能和准确性往往决定了谁能率先开发相应的抗体药物。此外,抗体蛋白的三维结构包含大量的信息,因此模型和计算量也比较NLP、CV等传统AI任务要大得多,需要大量普惠计算能力的支持。

第二,创新的基础。传染性疫苗的开发对制药公司来说太昂贵了。出于商业回报,可能不会选择或推迟相关研发;科研机构在资金使用和临床数据方面存在诸多限制。突破必须依靠生命科学与计算科学、产业力量与学术力量的融合,这需要产业、大学、研究和应用创新体系的紧密联系和合作。

任何前所未有的技术总是让我们害怕和渴望。人类经历了许多磨难,我们之所以能够在传染病的流行中生存和发展,是因为我们始终有勇气探索未知,不断铸造科技屠龙。

AI威胁论刚刚出现,但今天第三次人工智能浪潮已经证明,AI与此同时,人们仍然掌握着人类社会经济的价值。从这个角度来看,传染性疫苗也是如此。

技术能给我们最好的东西,就是相信希望最终会到来。p

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