ИИ поможет обнаруживать новые вирусы в сточных водах до появления симптомов у пациентов

Пайплайн ICA-Var и сравнение с Freyja. Автор: Nature Communications (2025). DOI: 10.1038/s41467-025-61280-5

Мониторинг сточных вод стал популярным инструментом среди эпидемиологов во время пандемии COVID-19 для отслеживания мутаций вируса и путей его распространения. Но что, если можно обнаруживать новые вирусы ещё быстрее — или даже выявлять варианты до того, как у пациентов появятся симптомы?

Новое исследование под руководством Университета Невады в Лас-Вегасе (UNLV) приближает эту возможность, сочетая анализ сточных вод с искусственным интеллектом. Результаты опубликованы в журнале Nature Communications.

Ведущий автор исследования, аспирант по нейронаукам Сяовэй Чжуан, разработал алгоритм на основе ИИ, который анализирует сточные воды для обнаружения зарождающихся вариантов гриппа, RSV, оспы обезьян, кори, гонореи, Candida auris и других патогенов — часто до их выявления клиническими тестами.

Учёные утверждают, что возможность быстрее отслеживать появление, мутации и передачу вирусов с помощью ИИ по сравнению с существующими методами может значительно улучшить способность органов здравоохранения оперативно реагировать на угрозы.

«Представьте, что вы обнаруживаете следующую вспышку ещё до того, как первый пациент обратится в клинику. Наше исследование показывает, как это возможно», — говорит соавтор работы Эдвин О, профессор Невадского института персонализированной медицины.

Метод команды позволяет разделять перекрывающиеся сигналы в сложных наборах данных, но его главное преимущество — практическое применение. «Этот инструмент особенно полезен для улучшения эпиднадзора в сельских районах, помогая медикам в условиях ограниченных ресурсов», — отмечает соавтор исследования Дуэйн Мозер из Института исследований пустыни.

Исследователи протестировали метод на 3700 образцах сточных вод, собранных в Южной Неваде с 2021 по 2023 год. Алгоритм ИИ смог точно идентифицировать уникальные сигнатуры разных вариантов вирусов всего по 2–5 образцам — значительно раньше традиционных методов.

Ранее методы мониторинга сточных вод требовали предварительного знания генетического состава варианта и опирались на клинические данные уже протестированных пациентов. Новый подход позволяет обнаруживать угрозы без этих ограничений.

«Этот метод улучшает раннее обнаружение вспышек, позволяя выявлять новые угрозы без предварительных знаний или данных тестирования пациентов», — объясняет Чжуан.

С 2021 года четыре организации Лас-Вегаса совместно разрабатывают публичную панель мониторинга сточных вод для отслеживания COVID-19 и других вирусов. Данное исследование — одно из первых, где ИИ применяется для улучшения анализа сточных вод.

Дополнительная информация: Xiaowei Zhuang et al, Early detection of emerging SARS-CoV-2 Variants from wastewater through genome sequencing and machine learning, Nature Communications (2025). DOI: 10.1038/s41467-025-61280-5