深度学习预警流感大流行风险：AI精准预测禽流感H5N1与人流感病毒重配潜力

禽流感H5N1的持续全球蔓延，已成为当下最受关注的人畜共患传染病威胁之一。作为高致病性禽流感病毒，H5N1不仅造成大量禽类死亡，更不断突破物种屏障感染哺乳动物，其与人流感病毒共感染后发生基因重配、进而引发人类流感大流行的风险持续升高。然而，传统病毒进化分析与实验验证手段不仅耗时漫长，还面临高生物安全风险，难以实现对重配风险的快速、提前预警。近年来，深度学习与基因组嵌入技术的突破，为流感病毒适应性重配的智能化预测开辟了全新路径。

为精准评估当前流行的禽流感H5N1与人类流感病毒的重配大流行风险，研究团队基于流感病毒聚合酶关键基因（PB2、PB1、PA、NP），构建了一套名为HAIRANGE的注意力深度学习预测框架。该模型创新性地采用自主研发的Codon2Vec非预训练密码子嵌入器，直接从病毒基因组上下文提取适应信号，无需依赖大规模预训练数据，在安全性与生物学可解释性上显著优于ESM2、DNABERT2等通用序列嵌入模型。团队整合全球上万条流感病毒基因组序列，划分训练集与验证集，让模型学习病毒基因与人宿主适应的关联特征，并通过体外聚合酶活性实验对预测结果进行严格验证。

研究结果显示，HAIRANGE模型对流感病毒聚合酶基因的宿主适应预测准确率超97%，对重配体的适应预测准确率达83%，在多项基准测试中表现超越传统机器学习与预训练语言模型。更值得警惕的是，模型明确预测：当前全球流行的禽流感H5N1（尤其是2.3.4.4b分支），可通过聚合酶基因与人季节性流感H3N2发生重配，获得高效的人宿主适应能力。体外实验进一步证实，H5N1的PB1、PA基因替换进入H3N2后，聚合酶活性显著升高，直接验证了AI预测的重配风险具有真实生物学效应。

这项研究首次实现了“基因组嵌入+深度学习”对流感病毒适应性重配的高通量、高安全性精准预测，不仅证实了密码子上下文特征是病毒宿主适应的关键信号，更以AI视角敲响警钟：当前流行的H5N1具备与人流感病毒形成高适应重配株的潜在能力，存在引发流感大流行的风险。该模型无需开展高危活体重配实验，就能快速筛查高风险重配组合，为流感大流行的早期预警提供了可落地的智能化工具。

随着全球流感病毒监测网络不断完善与基因组数据持续累积，这类深度学习预测模型将进一步升级，可拓展至 H5N6、H7N9 等其他高风险禽流感亚型，实现对人畜共患流感重配风险的全天候、全域监测。在禽流感疫情持续扩散、人兽共患病风险常态化的背景下，AI 驱动的病毒风险预测技术，正成为传染病防控的 “智能预警雷达”，让人类在面对潜在流感大流行时，从被动应对转向主动防御。

参考文献

[1] Wei, J. Q., Zhang, S., Li, Y. D., Jiang, S. Y., Yan, S. R., Liu, Y., Chen, Y. H., Feng, Y., Ding, X., Li, Y. C., Kang, X. P., Liu, W., Wu, A., Jiang, T., Tong, Y., & Li, J. (2025). Deep learning predicts potential reassortments of avian H5N1 with human influenza viruses. National science review, 12(12), nwaf396. https://doi.org/10.1093/nsr/nwaf396