Digitale Technologien als Reaktion auf Covid-19

Digitale Technologien und synthetische Biologie unterstützen die Reaktion auf Covid-19 weltweit¹. Alle Länder müssen nach internationalen Gesundheitsvorschriften über Kernkompetenzen verfügen, um die nationale Bereitschaft für Infektionsgefahren zu gewährleisten, die sich international ausbreiten können². Um dies richtig zu machen, werden viele Werkzeuge verwendet. Maschinelles Lernen (ML) und künstliche Intelligenz (KI) werden zur Untersuchung, zu Vorhersagen und zum Verfolgen von Kontakten sowie bei der Entwicklung neuer Medikamente und Impfstoffe eingesetzt³. Das Internet der Dinge (Internet of Things, IoT) verändert moderne Gesundheitssysteme⁴. IoT-fähige und verknüpfte Geräte und Anwendungen werden verwendet, um die Verbreitung von Covid-19 zu verlangsamen. Sie tun dies durch frühzeitige Diagnose, Überwachung der Patienten und Anwendung definierter Protokolle, nachdem sich die Patienten erholt haben⁴. Dies hilft dabei, die Gesundheitssysteme von herkömmlichen auf personalisierte Systeme umzustellen, mit denen Patienten einfacher, sicherer und effektiver diagnostiziert, behandelt und überwacht werden können⁵. Blockchain ermöglicht die sichere Übertragung von Patientengesundheitsinformationen und hilft bei der Regulierung des medizinischen Vertriebsnetzes⁶. Niemand kann Änderungen vornehmen, nachdem eine Information zum verteilten Netzwerk hinzugefügt wurde. Die in der Blockchain gespeicherten Daten sind sicher und geschützt.

Gleichzeitig werden digitale Technologien mit wichtigen Fortschritten in der Biologie kombiniert. Mit der synthetischen Biologie wird eine Gen-Editing-Technologie namens CRISPR (Clustered Regular Interspaced Short Palindromic Repeats) verwendet, um Pflanzen zu verbessern und neue Organismen zu bilden. In einem früheren Artikel habe ich beschrieben, wie CRISPR dazu beitragen kann, eine wachsende Bevölkerung zu ernähren⁷. CRISPR wird eingesetzt, um die Tier- und Meeresfrüchteproduktion zu verbessern, bessere Tiermodelle für Krankheiten zu erstellen, bei der Entwicklung verbesserter Impfstoffe und neuer verschreibungspflichtiger Medikamente zu helfen und möglicherweise Malaria auszurotten. Es kann auch auf dem Gebiet der synthetischen Biologie verwendet werden, um völlig neue Organismen herzustellen, und es kann möglicherweise ausgestorbene Arten wie das Wollmammut zurückbringen⁷. Es kann auch zur Diagnose und Behandlung von Covid-19 und Krankheiten verwendet werden, die durch andere Virusinfektionen verursacht werden^8,9. CRISPR kann mit synthetischer Biologie kombiniert werden, um komplexe und programmierbare Genschaltungen aufzubauen, die in der industriellen Biotechnologie eingesetzt werden können¹⁰. Es kann sogar in der Lage sein, B-Zellen in unserem Immunsystem zu antikörperproduzierenden Zellen zu entwickeln, die als wirksamer Impfstoff gegen Covid-19 und andere Infektionskrankheiten dienen¹¹. Die neue CRISPR-basierte antivirale Strategie namens PAC-MAN (Prophylaktisches antivirales CRISPR in huMAN-Zellen oder Prophylactic Antiviral CRISPR in huMAN cells) wird mit Bioinformatik kombiniert, um eine mögliche Behandlung für Covid-19 vorzubereiten^8,9. Eine Computeranalyse sagte voraus, dass nur drei CRISPR-RNAs (crRNAs) ausreichen könnten, um auf die Coronaviren abzuzielen, die SARS, MERS und Covid-19 verursachen. Durch die Verwendung mehrerer crRNAs könnten Mutanten, die entstehen, leicht angegriffen werden. Die PAC-MAN-Technologie kann sogar auf andere Viren angewendet werden, die Tiere wie Fledermäuse infizieren, die eine zukünftige Bedrohung darstellen. PAC-MAN könnte verwendet werden, um mögliche Behandlungen vorzubereiten, bevor eine Pandemie auftreten kann^8,9. Darüber hinaus könnte die synthetische Biologie in Biofoundries (eine Einrichtung, in welcher mit Hilfe von Robotermontagelinien Mikroben in einem viel größeren Maßstab hergestellt, getestet und optimiert werden können, als dies von Hand möglich ist) eingesetzt werden, um die Entwicklung und Herstellung neuer Impfstoffe zu verbessern. In Kombination mit Biodesign-Tools wie BioCAD schaffen Biofoundries eine neue Art von Biologie, die digitale Biologie. Es revolutioniert das Design und die Produktion von Impfstoffen⁵. Das Hauptziel dieses Artikels ist es daher, diese Technologien besser zu beschreiben und zu erläutern, wie sie verwendet werden, um die aktuelle Pandemie zu stoppen und zukünftige Pandemien zu verhindern. Ein zweites Ziel ist es, einige pseudowissenschaftliche Mythen zu kritisieren, die in den sozialen Medien verbreitet werden. Erstens ist Hydroxychloroquin (HCQ) KEINE sichere oder wirksame Behandlung oder ein Weg, um eine Infektion mit dem SARS-CoV-2-Virus zu verhindern, obwohl es vor fast einem Jahr von Ex-Präsident Donald Trump und anderen empfohlen wurde^12,13. Im vergangenen April drohte Trump Indien mit Sanktionen, wenn es HCQ nicht in die USA exportierte¹⁴. Wie von Lauren Giella im Newsweek-Magazin beschrieben:

„Nach mehreren klinischen Studien im vergangenen Frühjahr haben die Food and Drug Administration (FDA), das National Institute of Health und die größere wissenschaftliche Gemeinschaft vor der Verwendung des Arzneimittels zur Behandlung von Covid-19 gewarnt, unter Berufung auf Ineffektivität, mangelnden Nutzen und Risiko von Herzrhythmusstörungen. Dr. Joseph S. Alpert, Chefredakteur des AJM (American Journal of Medicine), sagte, die Zeitschrift unterstütze die HCQ-Behandlung von Covid-19 nicht.¹²“

Zweitens wird kein Impfstoff gegen Covid-19 Ihre DNA verändern¹⁵. Diese und andere Mythen, die auf der Politik von Donald Trump und anderen beruhen, können tödliche Folgen haben.

Präzedenzfall

Frühere Ausbrüche von Viruserkrankungen haben auch digitale Technologien verwendet, da Innovation eine absolute Notwendigkeit war¹. Während des Ausbruchs des schweren akuten respiratorischen Syndroms (SARS) im Jahr 2003 identifizierte Hongkong mithilfe elektronischer Datensysteme Krankheitscluster. Während der Ebola-Ausbrüche in Westafrika in den Jahren 2014–2016 wurden Mobiltelefondaten zur Modellierung von Reisemustern verwendet. Handheld-Geräte ermöglichten eine effektivere Kontaktverfolgung und ein besseres Verständnis der Dynamik der Ausbrüche. In der Zwischenzeit hat die digitale Revolution viele Aspekte des Lebens verändert. Bis 2019 hatten 67% der Weltbevölkerung mobile Geräte abonniert, von denen 65% Smartphones waren.

ML und AI unterstützen Gesundheitsexperten seit Jahren bei der Bekämpfung übertragbarer Krankheiten (SARS, EBOLA, HIV) und nicht übertragbarer Krankheiten (Krebs, Diabetes, Herz-Kreislauf-Erkrankungen und Schlaganfall)³. ML und AI werden verwendet, um die Diagnose und das Screening durch Analyse von Daten aus der Computertomographie (CT), Röntgenbildern und der Analyse von Blutproben zu verbessern. ML und AI werden zur Bevölkerungsüberwachung, Fallidentifizierung, Kontaktverfolgung und zur Bewertung möglicher Interventionen verwendet. Sie nutzen Mobilitätsdaten und kommunizieren mit der Öffentlichkeit. Forscher und Angehörige der Gesundheitsberufe nutzen Milliarden von Mobiltelefonen, große Online-Datensätze, verbundene Geräte, relativ kostengünstige Computerressourcen und Fortschritte bei der Verarbeitung von ML, KI und natürlicher Sprache, um auf die Pandemie zu reagieren. Mithilfe eines neuronalen Netzwerks mit tiefer Faltung (Resnet-101) konnten brasilianische Forscher Radiologen Ergebnisse mit einer Genauigkeit von 86% und einer Spezifität von 83% liefern. Das heißt, es ist wichtig, nicht nur genau zu sein, sondern auch spezifisch zu sein, indem zwischen Covid-19 und anderen Arten von Lungenentzündung unterschieden wird. Die Zukunft der öffentlichen Gesundheit wird zunehmend digitaler³.

Covid-19

Es ist auch wichtig, dass wir die Virusinfektion und -übertragung verstehen und Risikofaktoren identifizieren, um wirksame Interventionen zu steuern. Viele digitale Datenquellen werden verwendet, um wichtige epidemiologische Daten zu verbessern und zu interpretieren, die von den Gesundheitsbehörden für Covid-19 gesammelt wurden.

Datenaggregationssysteme wie ProMED-Mail, GPHIN, HealthMap und EIOS bieten Einblicke in die Epidemiologie dieser Pandemie¹. Sie verwenden die Verarbeitung natürlicher Sprache und ML, um Online-Daten zu verarbeiten und zu filtern. Die WHO-Plattform EPI-BRAIN vereint verschiedene Datensätze zur Notfallvorsorge und -reaktion bei Infektionskrankheiten. Mehrere Systeme fanden frühe Krankheitsberichte für Covid-19 unter Verwendung von Crowdsourcing-Daten und Nachrichtenberichten, bevor die WHO eine Erklärung über den Ausbruch veröffentlichte. Crowdsourcing-Systeme unterstützen auch die Überwachung von Covid-19 und anderen Pandemien. InfluenzaNet sammelt Informationen über Symptome und die Einhaltung sozialer Distanzierung von Freiwilligen in mehreren europäischen Ländern. Ähnliche Anstrengungen bestehen in anderen Ländern, wie beispielsweise Covid Near You in den USA, Kanada und Mexiko. Die Covid-19-Symptom-Tracker-App wurde von 3,9 Millionen Menschen in Großbritannien und den USA heruntergeladen und speist Daten in nationale Überwachungsbemühungen ein. Daten-Dashboards werden häufig verwendet. Sie sammeln Echtzeitdaten zur öffentlichen Gesundheit, um die Öffentlichkeit auf dem Laufenden zu halten und die politischen Entscheidungsträger bei der Verfeinerung von Interventionen zu unterstützen. Es entstehen neue Visualisierungsansätze wie das OpenStrain Open Repository. Es zeigt virale Sequenzdaten, um eine globale Karte der Ausbreitung der Infektion zu erstellen. Dies wird durch die offene gemeinsame Nutzung von Daten ermöglicht und basiert auf Open-Source-Codes. In früheren globalen Pandemien wurden Daten noch nie so schnell ausgetauscht. Schnelle diagnostische Antikörpertests am Behandlungsort können zu Hause, in vielen Gemeinden oder in Einrichtungen der Sozialfürsorge eingesetzt werden und liefern innerhalb von Minuten Ergebnisse. ML kann mit Smartphones verbunden werden, um Massentests mit Geo- und Patienteninformationen zu verknüpfen. Die Ergebnisse können schnell sowohl an klinische als auch an öffentliche Gesundheitssysteme gemeldet werden. Damit dies effektiv funktioniert, sind eine Standardisierung der Daten und eine Integration der Daten in elektronische Patientenakten erforderlich¹.

ML und AI

Es werden auch ML-Algorithmen entwickelt, um Fälle zu identifizieren, indem automatisch zwischen Covid-19 und Lungenentzündung unterschieden wird, indem Brust-Brust-Scans mittels Computertomographie verwendet werden¹. Die digitale Kontaktverfolgung automatisiert die schnelle und groß angelegte Verfolgung, die ohne digitale Tools nicht möglich ist. Es verringert die Abhängigkeit vom menschlichen Gedächtnis oder der Ehrlichkeit, insbesondere in dicht besiedelten Gebieten mit mobilen Bevölkerungsgruppen. In Südkorea wurden Kontakte bestätigter Fälle mithilfe verknüpfter Standort-, Überwachungs- und Transaktionsdaten verfolgt. In China hat die AliPay HealthCode-App Kontakte automatisch erkannt und die Durchsetzung strenger Quarantänemaßnahmen automatisiert, indem die für Benutzer mit hohem Risiko zulässigen Transaktionen eingeschränkt wurden. Mobilitätsdaten, die die Privatsphäre schützen, wurden kürzlich von mehreren Technologie- und Telekommunikationsunternehmen zur Verfügung gestellt, um die Verbreitung von Covid-19 zu kontrollieren. Damit Interventionen effektiv umgesetzt werden können, sollten Aufklärung und Zusammenarbeit der Öffentlichkeit durch eine Kommunikationsstrategie unterstützt werden, die eine aktive Beteiligung der Gemeinschaft umfasst, um das Vertrauen der Öffentlichkeit zu gewährleisten. Mit 4,1 Milliarden Menschen, die auf das Internet zugreifen, und 5,2 Milliarden einzigartigen Mobilfunkteilnehmern kann eine gezielte Kommunikation über digitale Plattformen Milliarden von Menschen erreichen und die Mobilisierung der Gemeinschaft fördern¹.

Digitale Datenquellen müssen integriert und interoperabel sein, wie dies bei elektronischen Patientenakten der Fall ist¹. Wir brauchen Ansätze auf Systemebene, um schnelle und weit verbreitete Tests mit digitalen Symptomprüfern, Kontaktverfolgung, epidemiologischer Intelligenz und langfristiger klinischer Nachverfolgung zu verknüpfen. Wir brauchen nicht nur Datenaustausch, sondern auch strenge Bewertungen und ethische Rahmenbedingungen unter Beteiligung der Gemeinschaft. Dies wird zusammen mit den aufstrebenden Bereichen der mobilen und digitalen Gesundheitsversorgung geschehen. Wir müssen das Vertrauen der Öffentlichkeit durch eine starke Kommunikation über alle digitalen Kanäle hinweg stärken und uns zu einer angemessenen Privatsphäre verpflichten¹.

ML und AI können auch bei der Diagnose und der Identifizierung von Risikofaktoren für die Mortalität helfen³. Chinesische Forscher in Wuhan verwendeten einen Random Forest-Algorithmus, um Magnesium und 10 Biochemikalien im Blut zu identifizieren, die für eine schnelle Diagnose verwendet werden können. Andere chinesische Forscher verwendeten ein Mortalitätsvorhersagemodell namens XGBoost, um drei signifikante Hauptrisikofaktoren zu identifizieren (hochempfindliches C-reaktives Protein, Lymphozytenreaktion und Milchsäuredehydrogenaseaktivität). XGBoost ist ein überwachter mehrschichtiger rekursiver Klassifikator. Wissenschaftler in Taiwan haben ein neues Modell entwickelt, um neue Medikamente zu finden, die bei der Behandlung oder sogar Heilung von Covid-19 helfen könnten. Sie verwendeten ein Deep Neural Network, um zwei Datensätze zu analysieren und acht Medikamente zu finden, die eine weitere Untersuchung rechtfertigen. Diese Medikamente werden bereits zur sicheren Behandlung anderer Krankheiten eingesetzt. In ähnlicher Weise verwendeten Wissenschaftler aus Korea und den USA eine zugängliche virtuelle Screening- und molekulare Docking-Anwendung namens AutoDock Vina, um 3410 vorhandene Medikamente zu bewerten, die bereits von der FDA zur Behandlung anderer Krankheiten zugelassen wurden. Ihr Modell sagte voraus, dass ein beliebtes antiretrovirales Medikament zur Behandlung von HIV namens Antazanavir und Remdisivir am besten wirken würde. AI und ML haben die Behandlung, Medikation, das Screening, die Vorhersage, die Prognose, die Kontaktverfolgung und den Prozess zur Entwicklung von Medikamenten / Impfstoffen für die Covid19-Pandemie signifikant verbessert. Darüber hinaus reduzieren sie den Bedarf an gefährlichen, direkten menschlichen Interaktionen³.

IoT

Der Begriff „Internet der Dinge“ (Internet of Things, IoT) wurde erstmals in einer Präsentation von Kevin Ashton über die Implementierung der Hochfrequenzidentifikation (RFID) in Procter and Gamble geprägt, um die Lieferkette besser zu verwalten⁴. Die IoT-Revolution verändert moderne Gesundheitssysteme durch die Einbeziehung technologischer, wirtschaftlicher und sozialer Aspekte. Es personalisiert die Gesundheitssysteme. Patienten können einfacher diagnostiziert, behandelt und überwacht werden. IoT-fähige und verknüpfte Geräte sowie Anwendungen werden verwendet, um die Verbreitung von Covid-19 durch frühzeitige Diagnose, Überwachung von Patienten und Üben definierter Protokolle nach der Genesung des Patienten zu verringern⁴.

IoT kann alle intelligenten Objekte innerhalb eines Netzwerks ohne menschliche Interaktion miteinander verbinden⁴. Jedes Objekt, das mit dem Internet verbunden werden kann, kann ein IoT-Gerät sein. Es wird zu einer wichtigen Technologie im Gesundheitswesen. Es senkt die Kosten, bietet qualitativ hochwertigere Dienste und verbessert die Benutzererfahrung. Beispielsweise ermöglicht die Verfolgung von Covid-19-Patienten nach der Genesung eine bessere Überwachung der wiederkehrenden Symptome und der potenziellen Infektiosität von Menschen, die sich anscheinend vollständig erholt haben. IoT-Geräte können den Erkennungsprozess beschleunigen, indem sie die Körpertemperaturen mit verschiedenen Geräten erfassen und Proben aus verdächtigen Fällen entnehmen. Während der Quarantäne können IoT-Geräte die Wirksamkeit von Behandlungen überwachen und Bereiche ohne menschliche Interaktion reinigen. Es gibt bereits viele tragbare Geräte für Gesundheitswesen und Fitness. Dazu gehören Smart Themormeter, Smart Helme, Smart Glasses, IoT-Q-Band, EasyBand und Proximity Trace. Drohnen, auch als unbemannte Luftfahrzeuge (UAV) bekannt, verwenden Sensoren, GPS und Kommunikationsdienste. Die Kombination von IoT innerhalb von Drohnen wird als Internet of Drone Things (IoDT) bezeichnet. Auf diese Weise können Drohnen eine Vielzahl von Aufgaben ausführen, z. B. Suchen, Überwachen und Bereitstellen. Intelligente Drohnen können mit einem Minimum an Zeit und Energie von einem Smartphone und einem Controller bedient werden. Dies macht sie effizient in der Landwirtschaft und im Gesundheitswesen. Im Gesundheitswesen und in unserer Reaktion auf die Covid-19-Pandemie werden verschiedene Arten von IoT-basierten Drohnen eingesetzt, darunter Wärmebilddrohnen, Desinfektionsdrohnen, medizinische Drohnen, Überwachungsdrohnen, Ankündigungsdrohnen und Mehrzweckdrohnen. Als Roboter in der Cloud vernetzt sind, entstand das Internet der Roboterdinge. Es gibt auch IoT-Tasten. Dies sind kleine, programmierbare Tasten, die über drahtlose Kommunikation mit der Cloud verbunden sind. Sie können verschiedene sich wiederholende Aufgaben ausführen, indem sie nur eine Taste drücken. Mit einer Art von IoT-Taste können sich Patienten beispielsweise beschweren, wenn Krankenhaustoiletten durch einfaches Drücken einer Taste gereinigt werden müssen. Viele Smartphone-Anwendungen wurden für den Gesundheitsbereich entwickelt, und einige von ihnen wurden als Reaktion auf Covid-19 verwendet. Dazu gehören nCapp, DetectaChem, Stop Corona, Social Monitoring, Selfie-App, Civitas, StayHomeSafe, AarogyaSetu, TraceTogether, Hamagen, Koalition, BeAware Bahrain, eRouska und Whatsapp. Es gibt auch intelligente Helme, die die Körpertemperatur überwachen können. Fieber ist eines der häufigsten Symptome von Covid-19, wenn die Temperatur 38 °C oder 100,4 °F überschreitet. Tragbare Smart-Helme mit einer Wärmebildkamera sind aufgrund geringerer menschlicher Interaktionen sicherer als eine Infrarot-Thermometerpistole. Länder wie China, die Vereinigten Arabischen Emirate und Italien haben dieses tragbare Gerät implementiert, um Menschenmengen zu überwachen und dabei 2 m von anderen Menschen entfernt zu bleiben. Darüber hinaus können intelligente Brillen mit Infrarotsensoren wie Rokid bis zu 200 Personen überwachen. Ein weiteres Beispiel für dieses Gerät ist die Kombination einer Vuzix-Smart-Brille mit der Onsight Cube-Wärmebildkamera. Diese Geräte arbeiten zusammen, um Menschenmengen zu überwachen und Personen mit hohen Temperaturen zu erkennen. Medical and Delivery-Drohnen können Testkits liefern, die das SARS-CoV-2-Virus erkennen, sowie Proben und medizinische Versorgung zwischen Labors und medizinischen Zentren, um menschliche Interaktionen zu minimieren. Diese Drohnen können Krankenhausbesuche reduzieren und den Zugang zu medizinischer Versorgung verbessern, indem sie Patienten oder einem anderen medizinischen Zentrum schnell medizinische Behandlungen anbieten. Medizinische Drohnen in China und Ghana haben die Diagnosegeschwindigkeit erhöht, indem sie die Lieferzeit verkürzt haben. Roboter können auch dazu beitragen, medizinisches Personal von isolierten Patienten fernzuhalten. Sie können die Atmung überwachen und Patienten bei ihren Behandlungen helfen oder Nahrung erhalten. Teleroboter, die normalerweise von einem Menschen fernbedient werden, können verschiedene Dienste wie Ferndiagnose, Fernoperationen und Fernbehandlungen für Patienten ohne menschliche Interaktion während des Prozesses bereitstellen. Zum Beispiel kann eine Krankenschwester die Temperaturen von Patienten messen, ohne mit diesen Robotern mit ihnen interagieren zu müssen. Ein weiteres Beispiel ist der chirurgische Roboter DaVinci, der von einem Chirurgen bedient wird, während sich der Patient in der sicheren Isolierung von Plastikfolien befindet. Dies hilft, Infektionen zu verhindern, indem Operationen aus der Ferne durchgeführt werden. Kollaborative Roboter, sogenannte Cobots, werden als Roboter empfohlen, wenn eine von Menschen ausgeführte Operation erforderlich ist. Sie sind für diese Pandemie nicht so nützlich wie Teleroboter, aber sie können die Müdigkeit der Beschäftigten im Gesundheitswesen verringern und ihre Interaktionen mit Patienten verfolgen. Zum Beispiel ist Asimov Robotics in Indien für eine Quarantäne konzipiert, um Patienten in abgelegenen Gebieten bei Aufgaben wie der Zubereitung von Nahrungsmitteln und der Bereitstellung von Medikamenten zu helfen und zu verhindern, dass sich Mitarbeiter des Gesundheitswesens in diesem Gebiet aufhalten. Ein weiteres Beispiel für diesen Roboter ist der eXtreme Desinfection-Roboter (XDBOT). Es wird von der Nanyang Technological University in Singapur verwendet. Dieser Roboter kann Bereiche desinfizieren, auf die Menschen nur schwer zugreifen können, und kann drahtlos auf einer mobilen Plattform betrieben werden, um engen Kontakt zwischen Menschen und kontaminierten Bereichen zu vermeiden. Mit autonomen Robotern können kontaminierte Bereiche in Krankenhäusern sterilisiert, Patientenbehandlungen durchgeführt und ihre Atemzeichen überprüft werden. Beispielsweise kann der von Xenex entwickelte Desinfektionsroboter Bereiche von Viren und Bakterien reinigen und desinfizieren. Ein weiteres Beispiel sind UVD-Roboter, die vom Odense University Hospital und Blue Ocean Robotics in Dänemark entwickelt wurden. Sie werden zur Desinfektion von Krankenhäusern mit starkem UV-Licht verwendet, wodurch die RNA des SARS-CoV-2-Virus und die DNA in Bakterien und Viren, die DNA enthalten, zerstört werden. Soziale Medien können auch für die Unterstützung der telemedizinischen Gesundheitsversorgung sehr nützlich sein. Eine der beliebtesten Anwendungen ist WhatsApp. Diese Anwendung bietet Patienten die Möglichkeit, sich über virtuelle Besprechungen mit ihren Ärzten aus der Ferne zu beraten⁴.

Blockchain

IoT- und Blockchain-Technologien funktionieren über intelligente Geräte6. Eine Blockchain ist ein verteiltes Hauptbuch, in dem weiterhin Prozesse und Ereignisaufzeichnungen im gesamten Framework gespeichert werden. Die Hardwareschicht besteht aus Sensoren und / oder Geräten, die Daten sammeln und an den oberen Bereich übertragen. Geräte und Sensoren erfassen Daten, die im Blockchain-Netzwerk verarbeitet werden. Verschiedene Kommunikationsmethoden werden verwendet, um den Informationsaustausch zwischen mit dem Internet verbundenen Geräten zu erleichtern. Die Daten werden erfasst, indem sie auf mobile Geräte übertragen werden, die sowohl von Verbrauchern als auch von Angehörigen der Gesundheitsberufe verwendet werden. Die Anwendungsschicht ermöglicht die Zusammenarbeit mehrerer Anwendungen und Dienste. Moderne Gesundheitssysteme werden informationsintensiv. Sie benötigen große Mengen regelmäßig generierter, analysierter und übertragener Informationen. Zusammenfassend bringt die WHO Forscher und Regierungsbeamte weltweit zusammen, um den Kreislauf von Forschung und Innovation zu fördern und internationale Strategien zu entwickeln, um die Übertragung des SARS-CoV-2-Virus zu kontrollieren und die Unterstützung für alle Infizierten zu erhöhen. Das Testen auf den Virus, der Covid-19 verursacht, könnte in Zukunft über mobile Anwendungen weit verbreitet sein. HIV-, Malaria- und Tuberkulose-Tests werden bereits über mobile Apps durchgeführt⁶.

Synthetische Biologie

Die synthetische Biologie ist ein multidisziplinäres Gebiet, in dem Viren und Organismen für nützliche Zwecke neu gestaltet werden, beispielsweise für die Herstellung neuer Arten von Bakterien und Pilzen, die giftige Schadstoffe aufnehmen und zerstören können, um unsere Umwelt zu reinigen¹⁶. Ein verteiltes Herstellungsmodell kann mit synthetischer Biologie kombiniert werden, um das Design wirksamerer Impfstoffe zu verbessern⁵. Biofoundries sind hochautomatisierte Einrichtungen, die Laborroboter verwenden, die so programmiert sind, dass sie bestimmte Aufgaben gemäß einem Workflow ausführen. In der Regel führen unterschiedliche Plattformen innerhalb der Biofoundries unterschiedliche Aufgaben aus. Zum Beispiel Flüssigkeitshandhabung, genetische Assemblierung, Charakterisierungsfunktionen. Biofoundries basieren auf Informationsinfrastrukturen, mit denen die Roboter und andere Geräte in den Biofoundries so programmiert werden können, dass sie detaillierten, komplexen Workflows folgen. Biofundries trennen Design von Fertigung, ein Markenzeichen moderner Technik. Sobald der digitale Code in einer Biofoundry entwickelt wurde, kann er in eine kleine Produktionsstätte in der Nähe des Behandlungsortes übertragen werden, anstatt den Kühlketten-abhängigen Impfstoff physisch zu übertragen. So können Biofoundries und verteilte Fertigung eine neue Ära der Bioproduktion einleiten, die auf digitaler Biologie und Informationssystemen basiert. Die Impfstoffproduktion würde vom systematischen Workflow-Ansatz der synthetischen Biologie profitieren. Die Technologie der mRNA kann durch nahezu unbegrenzte Kombinationen von Ribonukleinsäuren optimiert werden. Biofoundries können diese Kombinationen produzieren. Eine automatisierte klinische Diagnoseplattform für das SARS-CoV-2-Virus kann schnell bereitgestellt und skaliert werden. Die kürzlich gegründete Global Biofoundries Alliance hat Biofoundries in Nordamerika, Europa, Asien und Australien finanziert. Sie können verwendet werden, um neue Impfstoffe zu entwickeln. Die Protokolle und Workflows können schnell integriert und bei Bedarf geändert werden. Die Verbesserungen in der synthetischen Biologie nehmen derzeit rapide zu. Daten aus dem Entwurfs-, Erstellungs-, Test- und Lernzyklus (DBTL) werden verwendet, um ML-Algorithmen zu trainieren, um menschliche Eingriffe zu reduzieren - ein Kennzeichen moderner Technik¹⁶.

CRISPR

CRISPR ist eine Geneditierungsmethode, von der vorhergesagt wurde, dass sie zu einer der Schlüsseltechnologien wird, die Teil der vierten industriellen Revolution sein werden (zusammen mit künstlicher Intelligenz, Robotik, Nanotechnologie, Informationstechnologie (IT) und Big Data)⁷. Es ist ein natürlich vorkommender Abwehrmechanismus, mit dem Bakterien verhindern, dass sie mit Viren infiziert werden. Zu diesem Zweck verwenden Bakterien die Teile ihres Genoms, die Basensequenzen enthalten, die viele Male wiederholt werden, wobei zwischen den Wiederholungen eindeutige Sequenzen liegen. Sie werden als "Clustered Regular Interspaced Short Palindromic Repeats" oder CRISPR bezeichnet. Sie halten Teile des viralen Genoms in der bakteriellen DNA, damit sie Viren erkennen und sich gegen zukünftige Infektionen verteidigen können. Eindringende DNA von Viren wird in kleine Fragmente geschnitten und mit einer Reihe von kurzen Wiederholungen (etwa 20 Basenpaare) in eine CRISPR-Stelle eingebaut. Die DNA wird transkribiert und verarbeitet, um kleine CRISPR-RNAs (crRNAs) zu produzieren, die an die Ziel-DNA binden und Effektorendonukleasen leiten, die die eindringende eindringende DNA hydrolysieren (zerstören). Der zweite Teil des Abwehrmechanismus besteht aus einer Reihe von Enzymen namens Cas (CRISPR-assoziierte Proteine), die die virale DNA-Sequenz herausschneiden, hydrolysieren und die eindringenden Viren zerstören können. Glücklicherweise befinden sich die Gene, die für Cas-Enzyme kodieren, immer in der Nähe der CRISPR-Sequenzen. Das bekannteste und nützlichste Cas-Enzym ist Cas9, das aus Streptococcus pyogenes stammt und Halsentzündungen verursacht. In Kombination mit CRISPR wird es zum CRISPR / Cas9-System. Dies wird oft einfach als CRISPR abgekürzt. Cas9 katalysiert also die Hydrolyse von DNA, während CRISPR zeigt, wo die Hydrolyse durchgeführt werden muss. Das gleiche System kann von Wissenschaftlern verwendet werden, um nahezu jede gewünschte DNA-Sequenz auszuschneiden und einzufügen. Fehlerhafte Gene können ausgeschnitten und durch das gewünschte, funktionierende Gen ersetzt werden oder um neue Gene einzufügen, die dem Empfänger bessere Eigenschaften verleihen⁷.

CRISPR-Cas wird verwendet, um völlig neue Organismen zu produzieren und ausgestorbene Spezien zurückzubringen7. Beispielsweise wird CRISPR-Cas verwendet, um Mutanten der Mücken herzustellen, die Malaria (Gattung Anopheles), Gelbfieber, Dengue-Fieber und Chikunguya und Zika (Aedes aegypti) sowie West-Nil und Enzephalitis (Culex quinquefasciatus) verursachen. Zusammen haben diese Mücken mehr Menschen getötet als jedes andere Tier auf der Erde - einschließlich uns Menschen mit all unseren Kriegen¹⁸. CRISPR-Cas9 wird verwendet, um Gene in menschlichen Wirten zu identifizieren, die die Virusinfektion reduzieren können, wenn sie bearbeitet werden. Forscher aus China und den USA führten ein genomweites CRISPR-Cas9-Screening durch, das auf 19.050 Gene abzielte. Das Ziel war es, jene menschlichen Wirtsgene zu identifizieren, die die Flavivirus-Infektion reduzieren könnten. Dazu gehörten der West-Nil, Zika, die japanische Enzephalitis, der Dengue-Serotyp 2 und Gelbfieberviren. Sie fanden neun Gene, bei denen Flaviviren infektiös sein mussten. Es wurde festgestellt, dass Gene, die für Signalpeptidase-Komplex (SPC) -Proteine kodieren, für den ordnungsgemäßen Abbau (Hydrolyse) von Flavivirus-Strukturproteinen und die Sekretion von Viruspartikeln erforderlich sind. Wenn die Expression dieser Gene unterdrückt wurde, reduzierte sie nicht nur Virusinfektionen, sondern hatte auch keine nachteiligen Nebenwirkungen auf die menschlichen Wirtszellen. Eines oder mehrere dieser SPC-Proteine könnten wirksame therapeutische Ziele für neue verschreibungspflichtige Medikamente zum Schutz vor Infektionen durch Flaviviren werden⁷.

CRISPR kann in der synthetischen Biologie verwendet werden, um Genschaltungen in lebenden Zellen zu erzeugen⁷. Eines der Ziele der synthetischen Biologie ist der Aufbau von Regelkreisen, die das Verhalten von Zellen mithilfe programmierbarer Elemente steuern. Genschaltungen enthalten drei Module: Sensoren, Prozessoren und Aktivatoren. Sensoren erfassen Umgebungsbedingungen oder den Zellstatus, z. B. die Umwandlung in Krebszellen. Prozessoren bestimmen das geeignete Ansprechen, z. B. die Abgabe einer Krebstherapie. Aktivatoren übertragen die Signale, die die Zellfunktion verändern. Biologische Systeme, die die Transkription von DNA in RNA und Logikgatter regulieren, wurden unter Verwendung eines deaktivierten Cas9-Enzyms, abgekürzt als dCas, in Bakterien und Säugetierzellen eingebaut. Das CRISPR-dCas9-System hat keine Endonukleaseaktivität mehr, kann jedoch weiterhin an bestimmte DNA-Sequenzen binden. Die Verwendung von dCas9 zur Aktivierung oder Inaktivierung der Transkription von Zielgenen wird häufig als CRISPRi bzw. CRISPRa abgekürzt. CRISPR wurde verwendet, um eine Logikschaltung in Blasenkrebszellen aufzubauen. Es enthielt einen Promotor, der spezifisch für Blasenkrebszellen war. Die Schaltung wurde verwendet, um drei Transgene zu exprimieren, die bei der Krebstherapie nützlich sein könnten⁷.

Ebenso kann CRISPR im Bereich der synthetischen Biologie eingesetzt werden, die in den Bereichen Medizin, Gesundheit, Ernährung, Energie und öffentliche Gesundheit eine entscheidende Rolle spielt¹⁷. Es kann verwendet werden, um vorhandene natürliche Systeme zu transformieren und Genschaltungen zu konstruieren, indem standardisierte Komponenten und Module aufgebaut und integriert werden. CRISPR kann möglicherweise ein wichtiger Bestandteil skalierbarer Gerätebibliotheken synthetischer DNA werden, die für die Erstellung komplexer genetischer Schaltkreise unerlässlich sind. Genetische Veränderungen können Genfabriken in Bakterien, Pilzen und Hefen produzieren. Mikroorganismen produzieren viele nützliche Chemikalien aus kostengünstigen Rohstoffen wie erneuerbarer Biomasse und organischen Abfällen. Das Ziel der synthetischen Biologie ist es, bestehende natürliche Systeme zu transformieren und Genschaltungen zu konstruieren, indem standardisierte Komponenten und Module aufgebaut und integriert werden. Vor dem Aufkommen der CRISPR-Technologie gab es jedoch nur sehr wenige effektive, programmierbare, sichere und sequenzspezifische Werkzeuge zur Bearbeitung von Genen. CRISPR kann dieses Problem aufgrund seines programmierbaren Targetings, seiner Wirksamkeit als Aktivator oder Repressor, seiner hohen Spezifität und seiner schnellen und engen Bindungskinetik lösen¹⁶.

Impfstoffe sollten dazu führen, dass B-Zellen Antikörper gegen bestimmte Antigene (wie das S-Protein) des Pathogens (wie das SARS-CoV-2-Virus) produzieren¹¹. B-Zellen ordnen dazu die drei Gene neu, die für die Variablen-, Diversitäts- und Verbindungsregionen der Antikörper kodieren. Impfstoffe können jedoch versagen, wenn die Genumlagerung:

nicht effektiv erfolgt;
verzögert ist;
nicht lange anhält;
keine ausreichende und spezifische Reaktion erzielen kann.

Außerdem können die Antikörper nach kurzer Zeit abgereichert sein oder gegen neue Mutanten oder Varianten nicht wirksam sein. In diesem Fall (wie bei den Grippe- oder Influenza-Impfstoffen) muss der Impfstoff möglicherweise in bestimmten Zeitintervallen (jedes Jahr für den Grippe-Impfstoff) wiederholt modifiziert und verabreicht werden. Diese Probleme könnten vermieden werden, wenn die Genome von B-Zellen durch CRISPR-Geneditierung so konstruiert werden könnten, dass sie weiterhin die erforderlichen Antikörper produzieren, wenn sie zur Eliminierung zukünftiger Infektionen durch das SARS-CoV-2-Virus benötigt werden¹¹.

Wissenschaftler entwickeln auf CRISPR basierende Methoden, um nicht nur wirksame, lang anhaltende Impfstoffe herzustellen, sondern auch einen diagnostischen Test für die Infektion mit dem SARS-CoV-2-Virus durchzuführen¹⁰. Anstelle des Cas9-Enzyms können ähnliche Enzyme, Cas12 und Cas13 genannt, verwendet werden. Technologien, die als spezifische hochempfindliche Enzymatic Reporter Unlocking (SHERLOCK) -Technologie und DNA-Endonuklease-zielgerichteter CRISPR-Transreporter (DETECTR) bezeichnet werden, können Infektionen durch das SARS-CoV-2-Virus schnell und genau diagnostizieren. SHERLOCK kann sowohl DNA- als auch RNA-Viren nachweisen. Es wurde zuvor verwendet, um Zika- und Dengue-Viren zu erkennen¹⁰.

Potenziell tödliche Pseudowissenschaften und Lügen

Obwohl digitale Technologien, synthetische Biologie und CRISPR dazu beitragen können, Milliarden von Menschenleben zu retten, könnten Hunderte Millionen Menschen durch Lügen, Mythen und die Verleugnung der Wissenschaft zum Scheitern verurteilt werden. Leider lieben die Sklavenmeister, die Ex-Präsident Donald Trump folgen, diese Lügen. Die Wissenschaft lehrt uns, dass die einzige Rasse die Menschheit ist. Rasse ist ein soziales Konstrukt und hat keine genetische oder wissenschaftliche Grundlage. Darüber hinaus sind Frauen Männern NICHT unterlegen¹⁸. Sie sind zu den gleichen Dingen fähig, die den Menschen zugeschrieben wurden. Sie sind so intelligent und männlich und oft klüger. Frauen haben die gleichen mechanischen Fähigkeiten, räumliche Visualisierung, Stärke und Aggressivität (insbesondere bei der Verteidigung ihrer Kinder)¹⁸. Rassistische, frauenfeindliche Anhänger von Trump leugnen diese Wahrheiten. Darüber hinaus leugnen sie die Realität des globalen Klimawandels, indem sie die Zukunft junger Menschen stehlen. Diese Ablehnung könnte zum Tod von Milliarden führen, wenn sie fortgesetzt werden darf. Leider verbreitete Trump viele Lügen über die Covid-19-Pandemie. Er sagte, dass es verschwinden würde und dass das Malariamedikament Hydroxychloroquin (HCQ) Covid-19 heilen könnte. Leider wird diese Lüge weiterhin erzählt¹³. Tatsächlich hat eine kürzlich durchgeführte klinische Studie gezeigt, dass weder Zink noch Vitamin C (Ascorbinsäure) vor einer Infektion durch das SARS-CoV-2-Virus schützen, Covid-19 oder eines der dadurch verursachten schweren Symptome, einschließlich des Todes, verhindern können¹⁹. Eine weitere schreckliche Lüge, die in den nichtwissenschaftlichen Medien populär geworden ist, ist, dass die auf mRNA-Technologie basierenden Impfstoffe (von Moderna und Pfizer / BioNTech) Ihre DNA verändern werden. Die Menschen, die diese Lüge verbreiten, bestreiten die Tatsache, dass sich unsere DNA im Zellkern befindet, der durch eine Kernmembran vom Rest der Zelle getrennt ist. Sie bestreiten auch die Tatsache, dass mRNA im Cytosol der Zelle in ein Protein (wie das S-Protein des SARS-CoV-2-Virus) übersetzt wird. Die mRNA in Impfstoffen gelangt niemals in den Zellkern. Es kommt nie in die Nähe Ihrer DNA und kann es daher nicht ändern. Darüber hinaus gibt es Impfstoffe auf der Basis abgeschwächter Adenoviren (wie die von CanSino Biological Inc. / Peking Institut für Biotechnologie, Wuhan Institut für biologische Produkte / Sinopharm, Peking Institut für biologische Produkte / Sinopharm, Sinovac, Oxford / Astra Zeneca und China National Biotec hergestellten Gruppe). Diese Adenoviren fügen sich NICHT in Ihre DNA ein. Daher kann kein Impfstoff oder Impfstoffkandidat Ihre DNA verändern²⁰. Nur weil eine Person Apotheker oder Arzt sein kann, heißt das nicht, dass sie immer noch der Wissenschaft folgt. Zum Beispiel wurde ein Apotheker in Wisconsin verhaftet, weil er fast 600 Dosen des Moderna-Impfstoffs zerstört hatte. Er nahm sie aus dem Gefrierschrank in seiner Apotheke und ließ sie schmelzen, wodurch sie zerstört wurden. Glücklicherweise sah ihn ein Apothekentechniker (eine Frau) und brachte ihn zu den Behörden. Als sich die Geschichte entwickelte, stellten wir fest, dass der Apotheker in der Gesellschaft der flachen Erde war (er glaubt, unser Planet sei flach und nicht rund)²¹. Außerdem dachte er, dass der Himmel nicht wirklich der Himmel sei, sondern ein von der Regierung errichteter Schild, um zu verhindern, dass Menschen Gott sehen. Er glaubte auch an mehrere Verschwörungstheorien, einschließlich der verrückten (aber beliebten) Idee, dass Ärzte, Apotheker, Pharmaunternehmen, die FDA und sogar Bill Gates in einer Verschwörung sind, um uns krank zu halten, da sie uns Medikamente verkaufen, die keine Krankheit heilen, aber behandeln Sie einfach die Symptome. Viele Leute denken, dass Bill Gates Mikrochips in die Impfstoffe steckt, damit er Menschen kontrollieren kann. Einige denken auch, dass Bill Gates die WHO kontrolliert, weil er ihnen über 100 Millionen Dollar spendet. Nichts ist weiter von der Wahrheit entfernt. Trotzdem gedeihen Hass, Vorurteile und Dummheit in den Herzen und Köpfen von Männern (insbesondere von ungebildeten alten weißen Männern in den USA).

Ich hoffe, dass ich dem Leser geholfen habe zu verstehen, wie digitale Technologien, CRISPR und synthetische Biologie zur Diagnose, Vorbeugung und Behandlung von Covid-19 eingesetzt werden, und sichere, wirksame Impfstoffe zu entwickeln, die eines Tages in der Lage sein werden, eine Infektion durch alle Coronaviren zu verhindern.