Científicos desarrollan VaxSeer, un sistema de inteligencia artificial que predice la evolución viral y mejora la selección de cepas para vacunas estacionales
Cada año, los expertos en salud global se enfrentan a una decisión de alto riesgo: ¿qué cepas de influenza deben incluirse en la próxima vacuna estacional? Esta elección debe realizarse con meses de anticipación, mucho antes de que comience la temporada de gripe, y puede sentirse como una carrera contra el reloj. Si las cepas seleccionadas coinciden con las que circulan, la vacuna será altamente efectiva. Pero si la predicción falla, la protección puede disminuir significativamente.
El desafío de predecir un virus en constante cambio
Este desafío se volvió aún más familiar para los científicos durante la pandemia de Covid-19, cuando las nuevas variantes emergían justo cuando se estaban distribuyendo las vacunas. La influenza se comporta como un primo revoltoso, mutando constantemente e impredeciblemente, lo que hace difícil mantenerse por delante y diseñar vacunas que mantengan su protección.
Para reducir esta incertidumbre, científicos del Computer Science and Artificial Intelligence Laboratory (CSAIL) del MIT y la MIT Abdul Latif Jameel Clinic for Machine Learning in Health se propusieron hacer que la selección de vacunas fuera más precisa y menos dependiente de conjeturas.
VaxSeer: la solución de inteligencia artificial
Crearon un sistema de IA llamado VaxSeer, diseñado para predecir cepas dominantes de gripe e identificar los candidatos de vacuna más protectores, con meses de anticipación. La herramienta utiliza modelos de deep learning entrenados con décadas de secuencias virales y resultados de pruebas de laboratorio para simular cómo podría evolucionar el virus de la gripe y cómo responderán las vacunas.
«VaxSeer adopta un gran modelo de lenguaje de proteínas para aprender la relación entre dominancia y los efectos combinatorios de las mutaciones», explica Wenxian Shi, estudiante de doctorado en el Departamento de Ingeniería Eléctrica y Ciencias de la Computación del MIT, investigador en CSAIL y autor principal del nuevo artículo sobre el trabajo.
Cómo funciona la predicción del futuro viral
VaxSeer tiene dos motores de predicción centrales:
- Dominancia: estima qué tan probable es que cada cepa viral se propague
- Antigenicidad: estima qué tan efectivamente una vacuna neutralizará esa cepa
Juntos, producen un puntaje de cobertura predicho: una medida prospectiva de qué tan bien es probable que funcione una vacuna dada contra virus futuros. La escala puede ir desde un infinito negativo hasta 0, donde mientras más cerca de 0 esté el puntaje, mejor será la coincidencia antigénica de las cepas de la vacuna con los virus circulantes.
Resultados impresionantes en pruebas retrospectivas
En un estudio retrospectivo de 10 años, los investigadores evaluaron las recomendaciones de VaxSeer contra las realizadas por la Organización Mundial de la Salud (OMS) para dos subtipos principales de gripe: A/H3N2 y A/H1N1.
Para A/H3N2: Las elecciones de VaxSeer superaron a las de la OMS en 9 de 10 temporadas.
Para A/H1N1: Superó o igualó a la OMS en 6 de 10 temporadas.
En un caso notable, para la temporada de gripe de 2016, VaxSeer identificó una cepa que la OMS no eligió hasta el año siguiente. Las predicciones del modelo también mostraron una fuerte correlación con las estimaciones reales de efectividad de vacunas, según reportaron los CDC, la Red de Vigilancia de Profesionales Centinelas de Canadá y el programa europeo I-MOVE.
Más allá de la gripe: implicaciones futuras
«Dado la velocidad de la evolución viral, el desarrollo terapéutico actual a menudo va rezagado. VaxSeer es nuestro intento de ponernos al día», dice Regina Barzilay, profesora distinguida de IA y Salud en la Escuela de Ingeniería del MIT.
Jon Stokes, profesor asistente del Departamento de Bioquímica y Ciencias Biomédicas de la Universidad McMaster, comenta: «Este documento es impresionante, pero lo que me emociona quizás aún más es el trabajo en curso del equipo sobre predecir la evolución viral en entornos de pocos datos. Las implicaciones van mucho más allá de la influenza. Imaginen poder anticipar cómo podrían evolucionar las bacterias resistentes a antibióticos o los cánceres resistentes a medicamentos».
Limitaciones y desarrollo futuro
VaxSeer actualmente se enfoca solo en la proteína HA (hemaglutinina) del virus de la gripe, el antígeno principal de la influenza. Las versiones futuras podrían incorporar otras proteínas como NA (neuraminidasa) y factores como historial inmunológico, restricciones de fabricación o niveles de dosificación.
El equipo está trabajando actualmente en métodos que puedan predecir la evolución viral en regímenes de pocos datos, construyendo sobre relaciones entre familias virales.
Un cambio de paradigma en la prevención
Este desarrollo representa un cambio fundamental en cómo abordamos la prevención de enfermedades virales. En lugar de reaccionar a las mutaciones virales, VaxSeer ofrece la posibilidad de anticiparse a ellas, potencialmente transformando la efectividad de las vacunas estacionales y reduciendo significativamente la carga de enfermedades prevenibles.
