Οι περισσότερες αναδυόμενες μολυσματικές ασθένειες του ανθρώπου προκαλούνται από ιούς που προέρχονται από άλλα ζωικά είδη, αλλά ο εντοπισμός των ζωονοσογόνων ασθενειών πριν από την εμφάνισή τους αποτελεί μεγάλη πρόκληση, επειδή μόνο μια μικρή μειοψηφία από τους περίπου 1,67 εκατομμύρια ζωικούς ιούς είναι σε θέση να μολύνουν τον άνθρωπο.
Οι ζωονόσοι οφείλονται σε ιούς, βακτήρια, παράσιτα ή μύκητες που εξαπλώνονται μεταξύ ζώων και ανθρώπων. Περίπου το 60% των γνωστών και το 75% των νέων ή αναδυόμενων μολυσματικών ασθενειών μπορούν να μεταπηδήσουν από τα ζώα στον άνθρωπο.
Η Δρ. Μπάρμπαρα Χαν, οικολόγος ασθενειών στο Ινστιτούτο Μελετών Οικοσυστημάτων Cary, στη Νέα Υόρκη, εξήγησε σε ένα podcast, ότι «μια ζωονοσογόνος ασθένεια είναι απλώς μια μόλυνση που προέρχεται από ένα ζώο, που προκαλείται από ένα παράσιτο ή παθογόνο».
«Περιστασιακά, αυτό το παθογόνο ή το παράσιτο θα μεταπηδήσει σε έναν άνθρωπο, και στο 99% των περιπτώσεων το θέμα σταματά εκεί. Αυτό το άτομο μπορεί να νοσήσει, αλλά είναι ένας αδιέξοδος ξενιστής, οπότε δεν προχωράει περαιτέρω. Ορισμένα από αυτά τα παθογόνα μπορούν να μεταδοθούν από άτομο σε άτομο, οπότε αυτή η δευτερογενής μετάδοση είναι πραγματικά κρίσιμη για κάτι που έχει τη δυνατότητα να γίνει πανδημία».
Η ανθρώπινη επέκταση σε νέες γεωγραφικές περιοχές με άγρια και οικόσιτα ζώα καθώς και οι αλλαγές στο κλίμα έχουν αυξήσει την εμφάνιση ζωονόσων. Η αυξημένη μετακίνηση ζώων, ανθρώπων και ζωικών προϊόντων λόγω του διεθνούς εμπορίου και των ταξιδιών, έχει επίσης διαδραματίσει σημαντικό ρόλο.
Ως εκ τούτου, η βελτίωση της παγκόσμιας επικοινωνίας, του συντονισμού και της συνεργασίας μεταξύ των εμπειρογνωμόνων του ανθρώπου, των ζώων και του περιβάλλοντος για την πρόληψη, την ανίχνευση, τη διερεύνηση, την ιεράρχηση και την αντιμετώπιση των ζωονόσων, είναι επιτακτική ανάγκη.
Αυτή η ενισχυμένη επικοινωνία είναι ζωτικής σημασίας για να μπορέσουμε να δημιουργήσουμε ένα σύστημα έγκαιρης προειδοποίησης για την πρόληψη ή τον μετριασμό της επόμενης πανδημίας, λένε οι επιστήμονες.
Διάκριση της απειλής
Αυτή η ανάγκη οδήγησε τους ερευνητές του Πανεπιστημίου της Γλασκώβης στη Σκωτία, να διαμορφώσουν μια νέα προσέγγιση. Χρησιμοποίησαν χαρακτηριστικά αλληλουχιών ιού και ανθρώπινου γονιδιώματος για να αναπτύξουν μοντέλα μηχανικής μάθησης – ένα είδος τεχνητής νοημοσύνης – με στόχο να προβλέψουν την πιθανότητα ένας ιός ζώου, να μεταπηδήσει στον άνθρωπο.
Περίπου 1,67 εκατομμύρια μη καταγραμμενοι ζωικοί ιοί προκαλούν λοιμώξεις σε θηλαστικά και πτηνά και οι επιστήμονες πιστεύουν ότι έως και οι μισοί θα μπορούσαν να μεταδοθούν στον άνθρωπο.
«Τα τελευταία χρόνια, η έρευνα για την ανακάλυψη νέων ιών έχει σημειώσει σημαντική πρόοδο. Αυτό όμως οδηγεί σε μια πρόκληση – έχουμε ακόμη ένα τεράστιο έργο μπροστά μας όσον αφορά τον χαρακτηρισμό της ποικιλομορφίας των ιών στη φύση, και πέρα από την ανακάλυψη, να επεξεργαστούμε κατά πόσον οι ιοί αυτοί αποτελούν απειλή», δήλωσε στο Medical News Today, ο Νάρντους Μολέντζε, συν-συγγραφέας της μελέτης και ερευνητής στο Κέντρο Έρευνας Ιών του Πανεπιστημίου της Γλασκώβης.
«Το 2018, οι συν-συγγραφείς μου έδειξαν ότι τα γονιδιώματα των ιών RNA περιέχουν αρκετές πληροφορίες ώστε οι μέθοδοι μηχανικής μάθησης να μπορούν να προσδιορίσουν την ευρεία ομάδα δεξαμενών – για παράδειγμα νυχτερίδες, τρωκτικά και πρωτεύοντα θηλαστικά – που κυκλοφορούν στη φύση», πρόσθεσε.
Με άλλα λόγια, έδειξαν ότι αναλύοντας μόνο το γονιδίωμα ενός ιού, το μοντέλο τους μπορούσε να προσδιορίσει το είδος του ζώου με το οποίο ο ιός θα μπορούσε να προκαλέσει μόλυνση.
«Αυτό μας έκανε να αναρωτηθούμε αν τα γονιδιώματα των ιών θα μπορούσαν να περιέχουν ενδείξεις σχετικά με την ικανότητά τους να προκαλούν λοιμώξεις στον άνθρωπο, ειδικά όταν τους δίνεται η ευκαιρία», ανέφερε ο επιστήμονας.
Οι ερευνητές συνέλεξαν μια γονιδιωματική αλληλουχία από 861 είδη ιών RNA και DNA από 36 οικογένειες ιών που μπορούν να μολύνουν ζώα. Για να το διερευνήσουν, ταξινόμησαν κάθε ιό ανάλογα με την ικανότητά του να προκαλεί λοίμωξη στον άνθρωπο, χρησιμοποιώντας πληροφορίες από τρία δημοσιευμένα σύνολα δεδομένων.
Σημείωσαν επίσης την ομοιότητα κάθε ιού με ιούς που μπορούν να προκαλέσουν λοιμώξεις στον άνθρωπο, και δημιούργησαν μοντέλα μηχανικής μάθησης για να προβλέψουν αν αυτές οι λοιμώξεις θα μπορούσαν να εμφανιστούν. Οι επιστήμονες δοκίμασαν διάφορα μοντέλα για να εντοπίσουν εκείνο με τις καλύτερες επιδόσεις και το χρησιμοποίησαν για να κατατάξουν 758 είδη ιών.
Το μοντέλο μηχανικής μάθησης αναγνώρισε σωστά το 70,8% των ανθρώπινων ιών με υψηλό ή πολύ υψηλό ζωονοσογόνο δυναμικό. Σε μια μελέτη 645 ζωικών ιών που δεν αποτελούσαν μέρος των δεδομένων εκπαίδευσης, τα μοντέλα προέβλεψαν αυξημένο κίνδυνο ζωονοσογόνου μετάδοσης των γενετικά παρόμοιων ή φυλογενετικών, μη ανθρώπινων πρωτευόντων, ή ιών φυλογενετικής προέλευσης, αλλά όχι σε άλλες ομάδες ζώων.
Ένα δεύτερο πείραμα προέβλεψε το ζωονοσογόνο δυναμικό όλων των ειδών κορονοϊών που έχουν καταγραφεί και τα ανθρώπινα και ζωικά γονιδιώματα όλων των κορονοϊών που σχετίζονται με το σοβαρό οξύ αναπνευστικό σύνδρομο.
«Η εργασία μας δείχνει μια πορεία μέσω της οποίας, η ανακάλυψη νέων ιών μπορεί να δώσει αξιοποιήσιμες πληροφορίες. Η δυνατότητα να προσδιορίσουμε με λογική ακρίβεια ποιοι νεοανακαλυφθέντες ιοί είναι πιο πιθανό να προκαλέσουν λοίμωξη στον άνθρωπο, θα μας επιτρέψει να εστιάσουμε σε αυτούς τους ιούς», σχολίασε ο Μολέντζε.
Δεδομένου ότι η μέθοδος εκμάθησης μέσω υπολογιστή απαιτεί μόνο μια ακολουθία γονιδιώματος, μπορεί να παρέχει μια προσέγγιση χαμηλού κόστους για την επιτήρηση ιών βάσει στοιχείων.
«Το μοντέλο μας δεν είναι τέλειο – οι προβλέψεις θα περιέχουν τόσο ψευδώς θετικά όσο και ψευδώς αρνητικά αποτελέσματα, τα οποία μπορούν να επαληθευτούν μόνο στο εργαστήριο», ανέφερε.
Ο Μολέντζε τόνισε επίσης την ανάγκη για περαιτέρω μελέτη: «Εάν θέλουμε να προετοιμαστούμε για μια μελλοντική πανδημία, θα πρέπει να χαρακτηρίσουμε τους νεοανακαλυφθέντες ιούς. Τα μοντέλα θα μπορούσαν να βοηθήσουν στην ιεράρχηση των ιών σε διάφορα στάδια της διαδικασίας χαρακτηρισμού, καθιστώντας την εφαρμογή τους πιο αποτελεσματική, ιδίως εάν είμαστε σε θέση να αναπτύξουμε μεθόδους πρόβλεψης άλλων πτυχών του κινδύνου, όπως η ιογένεση και η ικανότητα μετάδοσης».
Τα ευρήματα της μελέτης δημοσιεύθηκαν στο περιοδικό «PLOS Biology».