En ce moment, nous entendons beaucoup parler de Delta et Omicron, les deux variants circulant le plus en France, mais on est loin d’imaginer que plus de 70 000 variants ont été découverts entre début octobre 2021 et fin novembre 2021. BioNTech et InstaDeep annoncent avoir développé et testé avec succès un système d’alerte évolutif pour détecter les variants à haut risque du SARS-CoV-2 (Covid-19). Celui-ci combine les informations sur les séquences SARS-CoV-2 disponibles publiquement et l’analyse prédictive de l’IA.
Depuis l’apparition du Covid-19, les centres de recherche se mobilisent pour trouver les vaccins ou les médicaments qui pourraient stopper la maladie. La quantité exponentielle des variants rend leur tâche ardue, les classifier selon leur dangerosité l’est tout autant. BioNTech et InstaDeep ont annoncé, le 14 janvier, le développement d’une nouvelle méthode combinant la modélisation structurelle de la protéine Spike avec l’intelligence artificielle pour identifier et surveiller en temps réel l’apparition ainsi que l’évolution de variants à haut risque du SARS-CoV-2 baptisée Early Warning System (EWS). Ce système d’alerte permet de prédire l’évasion immunitaire et le potentiel infectieux des variants grâce à l’intelligence artificielle.
BioNTech
Fondée en 2008 à Mayence, en Allemagne, BioNtech (Biopharmaceutical New Technologies) est une société d’immunothérapie de nouvelle génération. Pionnière des nouvelles thérapies contre le cancer (basées notamment sur des ARNm) et d’autres maladies graves, elle a pour ambition de devenir le leader mondial de biotechnologie pour la médecine individualisée contre le cancer.
Grâce à son expertise dans le développement de vaccins à ARNm et de ses capacités de fabrication internes, BioNTech et ses collaborateurs développent plusieurs vaccins candidats à ARNm pour une gamme de maladies infectieuses (BioNTech-Pfizer contre le Covid-19, par exemple).
InstaDeep
Fondée en 2014 par Karim Beguir et Zohra Slim, InstaDeep est un des leaders des systèmes d’IA décisionnelle, elle a été nommée deux ans de suite au classement CB Insights AI 100 des 100 entreprises privées d’intelligence artificielle les plus
prometteuses au monde.
La société développe des produits d’IA brevetés tels que sa plateforme de conception de protéines DeepChainTM qui a servi à la conception d’EWS et collabore avec de grands groupes comme Google DeepMind, Nvidia et Intel. Pour contribuer au développement de l’IA, elle développe des solutions au service de tous, publiées en open source, et organise événements et formations.
Les mutations du Covid-19
L’identification des variants à haut risque nécessite un temps considérable de test en laboratoire. Le système EWS permet une détection précoce de ces variants et réduit le temps dont les autorités sanitaires ont besoin pour évaluer leur impact et réagir en temps utile.
Comme tout virus, le Covid-19 connaît de nouvelles mutations dans son génome, ce qui peut modifier les caractéristiques de la souche originale identifiée au début de l’année 2020. Plus de 13 400 mutations non-synonymes (qui altèrent la séquence protéique) ont été observées dans la seule protéine Spike. Les données disponibles montrent que des milliers de nouveaux variants apparaissent chaque semaine à un rythme croissant, avec une moyenne hebdomadaire de variants enregistrés d’environ 300 en septembre 2020, 7 000 en août 2021 et 12 000 en décembre 2021.
Si la plupart des mutations sont défavorables au virus ou n’ont aucune conséquence sur ses caractéristiques, certaines mutations individuelles ou combinaisons de mutations conduisent à des variants à haut risque (VHR) dotés de capacités d’évasion immunitaire modifiées et/ou d’une meilleure transmissibilité. Un variant capable de contourner la neutralisation par les anticorps revêt une importance particulière et représente un risque pour les personnes préalablement infectées par le COVID-19 et celles qui sont entièrement vaccinées.
BioNTech et InstaDeep travaillent depuis fin 2020 pour concevoir un système d’alerte, capable d’identifier le plus en amont possible les variants du Covid-19 susceptibles d’être à haut risque.
Early Warning System (EWS), le système d’alerte développé par InstaDeep et BioNTech
Cette nouvelle méthode de calcul combine la modélisation structurelle de la protéine virale Spike et des algorithmes d’intelligence artificielle pour signaler en moins de 24h les variants potentiels à haut risque, sur la base de paramètres évaluant leur potentiel infectieux (par exemple l’interaction entre la protéine ACE2 et le variant de la protéine Spike) ainsi que leur risque d’évasion immunitaire. Les entreprises ont validé ces prédictions à l’aide de données expérimentales générées en interne et de données accessibles au public.
Identification de plus de 90% des variants
Au cours des différents tests réalisés, EWS a démontré sa capacité à identifier plus de 90% des variants désignés par l’Organisation Mondiale de la Santé (Variants préoccupants, VOC; Variants à Suivre, VOI; Variants Sous Surveillance, VUM) avec en moyenne deux mois d’avance. Les variants Alpha, Beta, Gamma, Theta, Eta et Omicron désignés par l’OMS ont été détectés par EWS la semaine même où leur séquence génétique a été partagée sur les bases de données internationales. Le variant Omicron a été classé comme variant à haut risque par EWS le jour même où sa séquence génétique a été publiée. EWS a également évalué, le variant IHU le classant moins préoccupant au vu des données actuelles.
Les résultats de l’étude démontrent qu’EWS est capable d’évaluer de nouveaux variants en quelques minutes et de surveiller les lignées mutantes en temps quasi réel.
Le système évolue automatiquement et en temps réel à mesure que de nouvelles données sur les variants sont disponibles publiquement.
Ugur Sahin, M.D., Directeur Général et co-Fondateur de BioNTech déclare:
« Grâce aux méthodes avancées de calcul que nous avons développées au cours des derniers mois, nous pouvons analyser les différentes séquences de la protéine Spike et classer les nouveaux variants en fonction des prédictions de leur score d’évasion immunitaire et de leur affinité avec la protéine ACE2. Le repérage précoce des variants à haut risque potentiel pourrait être un outil efficace pour alerter les chercheurs, les laboratoires développant les vaccins, les autorités sanitaires et les décideurs, et de leur donner plus de temps pour formuler une réponse aux nouveaux variants préoccupants. »
Karim Beguir, co-Fondateur et PDG d’InstaDeep de son côté :
« Ce sont plus de 10 000 nouvelles séquences de variants qui sont découvertes chaque semaine et la communauté scientifique ne peut tout simplement plus faire face à autant de données complexes à traiter. InstaDeep a relevé ce défi en déployant les puissantes capacités de calcul de sa plateforme d’intelligence artificielle DeepChain, combinées au savoir-faire et à la technologie de BioNTech en matière de SARSCoV-2. Pour la première fois, les variants à haut risque ont pu être détectés en un très court laps de temps, ce qui a permis de faire gagner de précieux mois de recherche à l’ensemble de la communauté scientifique. Nous sommes heureux de mettre nos travaux à la disposition de la communauté scientifique et, surtout, nous nous réjouissons de leur impact concret dans le monde. »
