Application of artificial intelligent (AI) to screen and predict variant-specific nanobodies of SARS-CoV-2 for therapeutics

SARS-CoV-2 เข้าสู่เซลล์มนุษย์ได้จากการจับกันอย่างจำเพาะของ receptor-binding domain (RBD) ซึ่งเป็นส่วนที่อยู่ใน spike protein ของไวรัส กับ angiotensin-converting enzyme 2 (ACE2) ซึ่งเป็นตัวรับบนผิวของเซลล์มนุษย์ ซึ่งส่วนนี้มีความสำคัญอย่างยิ่งในการแพร่กระจายและติดต่อจากมนุษย์สู่มนุษย์ ในปัจจุบันนักวิทยาศาสตร์ได้ศึกษาและพบการกลายพันธุ์ของ SARS-CoV-2 ในส่วนของ RBD ที่ก่อให้เกิด SARS-CoV-2 สายพันธุ์ (variant) ต่าง ๆ และแต่ละสายพันธุ์มีความสามารถในการแพร่ ความรุนแรงของโรค และหลบหลีกระบบภูมิคุ้มกันของมนุษย์ได้แตกต่างกัน โครงการวิจัยจึงเสนอการใช้เทคนิค quantum biology ซึ่งเป็นปัญญาประดิษฐ์ (AI) โดยสามารถใช้กระบวนการทาง machine learning และกระบวนการทางสถิติเข้าไปทำนายตัวแปรทางสถิติทั้งหมดที่เกี่ยวข้อง สามารถใช้ในการทำนายและออกแบบ nanobody เพื่อเตรียมพร้อมสำหรับการตรวจสายพันธุ์ของเชื้อในอนาคตได้อีกด้วย โดยแบบจำลอง nanobody ที่ได้จากกระบวนการข้างต้นที่จำเพาะกับสายพันธุ์ต่าง ๆ รวมทั้งสายพันธุ์ใหม่ที่คาดว่าจะเกิดการกลายพันธุ์ สามารถนำไปสังเคราะห์และจากการศึกษาพบว่ายังสามารถนำ nanobody ไปใช้ทางการรักษาโรคได้ โดยสามารถทำการวัด neutralizing activity ของ nanobody ที่ได้จากการออกแบบและทำนายการจับกันด้วย AI และถูกคัดเลือกเบื้องต้นโดย surrogate virus neutralization test โดยใช้ pseudovirus-based virus neutralization test เพื่อยืนยันความจำเพาะของ nanobody ในการจับกับ RBD เพื่อยับยั้งการเข้าสู่เซลล์ของ SARS-CoV-2 ท้ายที่สุด nanobody ที่ได้จากการทดสอบนี้ สามารถใช้เป็นต้นแบบเพื่อนำไปศึกษาต่อยอดโดยทดสอบประสิทธิภาพในการยับยั้ง SARS-CoV-2 ในระดับสัตว์ทดลอง เพื่อที่จะสามารถนำไปใช้ในการป้องกันและรักษาโรค COVID-19 ในอนาคตได้