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微生物所王軍/王奇慧團隊用機器學習方法預測哺乳動物的新冠易感性研究取得進展

作者:談話曆史

現有研究認為,新冠病毒(SARS-CoV-2)可能來源于蝙蝠和穿山甲,但仍有争議,這種不确定性為各種誤傳和資訊濫用留下了空間。确定易受SARS-CoV-2感染的宿主物種,包括SARS-CoV-2的來源和中間物種,仍然是COVID-19研究的核心科學目标之一。

SARS-CoV-2進入宿主細胞需要其刺突(S)蛋白和宿主血管緊張素轉換酶2(ACE2)的結合。SARS-CoV-2刺突(S)蛋白與來自非人類物種的ACE2之間的結合能力表明這些物種對SARS-CoV-2的易感性;結合生态學資料和進化證據,可輔助确定相關物種為SARS-CoV-2的可能起源和/或中間宿主。

是以,篩選出多物種ACE2與SARS-CoV-2的S蛋白之間的結合是非常必要的。目前可用的生物資訊學方法具有極高的假陰性率,仍然無法精确預測SARS-CoV-2刺突(S)蛋白和不同物種ACE2的結合。

中國科學院微生物研究所王軍課題組是以提出利用機用多種器學習方法建構預測模型,判定不同ACE2與新冠病毒spike結合能力,并且選擇了12個來源于蝙蝠的ACE2進行實驗驗證用以确認其結合能力。在預測能結合的6個ACE2中,有4個被驗證能結合;同時,在預測的6個ACE2中,有5個被證明為不能結合,精确度到達了80%。

該研究還通過兩個獨立的測試集進驗證了預測結果,涉及超過50種蝙蝠物種,并達到大于78%的準确率。利用該方法對204種哺乳動物的大規模篩選顯示,有144種(61%)對SARS-CoV-2是易感的,突出了對哺乳動物進行密集監測和研究的重要性。

該研究以“Machine LearningApproach Effectively Predicts Binding BetweenSARS-CoV-2 Spike and ACE2 AcrossMammalian Species— Worldwide, 2021”為題,在《中國疾病預防控制中心周報》(CCDCWeekly)的COVID-19專刊上發表。微生物所病原微生物與免疫學重點實驗室博士生馬越、胡钰為并列第一作者,王軍和王奇慧研究員為通訊作者,高福院士為共同作者。該研究得到中科院戰略性先導科技專項、國家自然科學基金新冠專項和山東省重大科研項目的支援。

微生物所王軍/王奇慧團隊用機器學習方法預測哺乳動物的新冠易感性研究取得進展

預測模型建構流程

微生物所王軍/王奇慧團隊用機器學習方法預測哺乳動物的新冠易感性研究取得進展

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