Универсальный автоматизированный конвейер для количественной оценки инфекционности вирусов с помощью немаркированной световой микроскопии и искусственного интеллекта

Инфекционность вирусов традиционно определяется методом конечной титрации в клеточных культурах и требует сложной обработки и ручной аннотации. В настоящей работе мы разработали автоматизированную систему на базе искусственного интеллекта (ИИ) для быстрой детекции вирус-индуцированного цитопатического эффекта (DVICE). DVICE использует сверточную нейронную сеть EfficientNet-B0 и изображения заражённых клеточных культур, полученные методом прохождения света (transmitted light microscopy), включая коронавирусы, вирус гриппа, риновирус, вирус простого герпеса, вакциний и аденовирус. DVICE надёжно измеряет вирус-индуцированные цитопатические эффекты (CPE), что демонстрируется с помощью карт активации классов. Кросс-валидация «оставь-один» (leave-one-out) в разных типах клеток показывает высокую точность для различных вирусов, включая SARS-CoV-2 в образцах человеческой слюны. Впечатляюще, DVICE демонстрирует специфичность по классам вирусов, как показано на примерах аденовируса, герпесвируса, риновируса, вакциния и SARS-CoV-2. В целом, DVICE обеспечивает безпристрастные оценки инфекционности возбудителей, вызывающих CPE, и может быть адаптирована для лабораторной диагностики, скрининга препаратов, тестов нейтрализации сыворотки или клинических образцов.