Математики РУДН предложили модель, которая описывает мутацию вирусов
Взаимодействие вирусной инфекции с организмом человека — очень сложное явление, которое можно свести к двум основным процессам: вирус размножается в клетках организма, а организм противостоит развитию инфекции посредством иммунного ответа. При более детальном изучении вирусной инфекции можно заметить, что вирусы конкурируют за клетки организма, меняются под действием антивирусных препаратов, а также могут мутировать по естественным причинам. Они развиваются путем изменения старых или приобретения новых последовательностей в их РНК или ДНК и делают это довольно быстро. Из-за этих и многих других факторов биологи не могут точно предсказать динамику эволюции вирусов, появление новых штаммов и дать прогнозы по их резистентности.
Математик из РУДН Виталий Вольперт с коллегами предложили математическую модель эволюции и диверсификации вирусных квазивидов. Она дает понимание динамического взаимодействия между репликацией, мутацией и элиминацией вируса. Полученные результаты можно в перспективе использовать для прогнозирования генерации вирусных штаммов, которые избегают иммунного распознавания и приобретают резистентность к противовирусным препаратам.
«Изучение модели показывает, если говорить упрощенно, что эволюция существующих штаммов и появление новых происходит таким образом, чтобы уменьшить их конкуренцию между собой, а также воздействие иммунной системы и лекарственных препаратов. Именно эта тенденция и приводит к возникновению резистентных штаммов», — говорит Виталий Вольперт.
Вместе с коллегами математик описал вирусный штамм как локализованное решение, которое сконцентрировано вокруг некоторого генотипа. Появление новых штаммов соответствует периодической волне, которая распространяется в пространстве генотипов. Появление новых пиков распределения вирусной плотности во время распространения волны соответствует появлению новых штаммов вируса. Ученые из РУДН описали условия возникновения периодических бегущих волн и их динамику через анализ устойчивости однородных в пространстве стационарных решений.
Модель состоит из нелокального уравнения реакции-диффузии для плотности вируса. Это уравнение содержит два интегральных члена, которые соответствуют нелокальным эффектам взаимодействия вируса с клетками организма и иммунными клетками.
Полученная математиками РУДН модель носит качественный характер и может быть применима к различным вирусным инфекциям. Однако для описания более точной динамики вирусных квазивидов нужно знать их индивидуальные особенности, например, характер их мутаций, особенности взаимодействия с иммунной системой и антивирусными препаратами.
«В рамках предложенной модели можно разработать методы воздействия, препятствующие распространению вирусной инфекции по тканям организма и возникновению новых штаммов, то есть распространению в пространстве генотипов. Для реализации этих подходов на практике их нужно совмещать с экспериментальными и клиническими данными», — отмечает Виталий Вольперт.
Модель имеет некоторые ограничения, возникающие из-за различных упрощающих предположений. В ней не учитывается наличие разных иммунных клеток и цитокинов (небольших пептидных информационных молекул), участвующих в иммунном ответе, сложной внутриклеточной регуляции функционирования клеток и размножения вирусов. Но эти и другие упрощения позволяют выявить некоторые общие свойства эволюции вирусных квазивидов, которые было бы труднее идентифицировать в более сложной модели. Эта работа предоставляет основу для дальнейших исследований.
Статья опубликована в журнале Mathematics.
Продолжаем рассказывать о возможностях для студентов, которые хотят проявить себя как исследователи. Конкурс «Совместный старт» проводится ежегодно в весеннем семестре и ориентирован на поддержку молодёжных объединений. Его цель — помочь студенческим коллективам разработать инновационные и представительские проекты на основе проводимых в РУДН исследований, с перспективой участия в сторонних конкурсах, грантовых программах и научно-технических мероприятиях.
В аграрно-технологическом институте РУДН работает лаборатория агробиотехнологии и молекулярной генетики — место, где классическая агрономия встречается с современными молекулярными технологиями. Сегодня это уже целый научно-исследовательский комплекс: теплица с автоматизированными системами контроля микроклимата, лаборатории искусственного климата и фенотипирования, маркерной селекции и геномики, биохимии и гистологии растений, а также технологической оценки продукции растениеводства.
Коллектив кафедры органической химии факультета физико-математических и естественных наук РУДН получил грантовую поддержку университета на разработку многофункциональных производных пирролидина. Исследователи намерены создать соединения, сочетающие противовоспалительную, антибактериальную, противогрибковую, антиоксидантную и противоопухолевую активность в одной молекуле. Проект рассчитан на