Der russische Mathematiker schlägt ein Modell vor, das Virusmutationen beschreibt

Die Interaktion eines Virus mit dem menschlichen Körper ist ein sehr komplexes Phänomen, das sich auf zwei Prozesse reduzieren lässt:

das Virus repliziert sich in Wirtszellen undDer Körper bekämpft Infektionen durch eine Immunantwort. Ein genauerer Blick auf Virusinfektionen zeigt, dass Viren um Wirtszellen konkurrieren, durch antivirale Medikamente verändert werden und während ihrer Replikation mutieren. Sie können sich durch die Veränderung alter oder den Erwerb neuer RNA- oder DNA-Sequenzen mit sehr hoher Geschwindigkeit weiterentwickeln. Diese und viele andere Faktoren erschweren es Biologen, die Entwicklung des Virus vorherzusagen, das Auftreten neuer Stämme vorherzusehen und deren potenzielle Resistenzniveaus einzuschätzen.

Vitaly Volperts Team, Mathematiker von der RUDN University,schlugen ein mathematisches Modell vor, das die Entwicklung und Diversifizierung von Quasispezies von Viren beschreibt. Das Modell zeigt die dynamische Wechselwirkung zwischen Replikation, Mutation und Viruselimination. Die Ergebnisse der Arbeit können verwendet werden, um das Auftreten von Virusstämmen vorherzusagen, die in der Lage sind, die Immunerkennung zu vermeiden und antiviralen Medikamenten zu widerstehen.

Um die Dinge einfach zu halten, zeigt uns das Modell dasBestehende Stämme entwickeln sich weiter, um die Konkurrenz zwischen Viren zu verringern, die Clearance des Virus durch die Immunantwort zu schwächen und weniger empfindlich gegenüber Arzneimitteln zu werden. Dieser Trend führt zur Entstehung von arzneimittelresistenten Stämmen /

Vitaliq Volpert, Mathematiker von der RUDN-Universität

In Zusammenarbeit mit seinen Kollegen beschrieb der Wissenschaftlerein Virusstamm als lokalisierte Lösung, die sich um einen bestimmten Genotyp dreht. Die Entstehung neuer Stämme entspricht einer periodischen Welle, die sich im Raum der Genotypen ausbreitet. Das Auftreten neuer Peaks bei der Ausbreitung von Wellen fällt mit dem Auftreten neuer Virusstämme zusammen. Das Team beschrieb die Bedingungen für das Auftreten periodischer Wanderwellen und deren Dynamik durch Analyse der Stabilität räumlich einheitlicher stationärer Lösungen.

Das Modell wird durch die nichtlokale Gleichung dargestelltDiffusionsreaktionen für die Virusdichte. Die Gleichung hat zwei integrale Terme, die den nichtlokalen Effekten der Wechselwirkung des Virus mit Wirtszellen und Immunzellen entsprechen.

Das neue Modell ist qualitativ und auf verschiedene anwendbarVirusinfektionen. Um die Dynamik der Quasispezies von Viren besser beschreiben zu können, müssen jedoch ihre individuellen Merkmale wie die Art ihrer Mutationen, die Interaktion mit dem Immunsystem und die Reaktion auf antivirale Medikamente bekannt sein.

„Mit unserem Modell können Sie entwickelnverschiedene Methoden zur Verhinderung der Ausbreitung von Virusinfektionen durch das Gewebe des Körpers und des Auftretens neuer Stämme, dh der Ausbreitung im Raum der Genotypen. Damit diese Ansätze jedoch praktikabel sind, müssen sie mit experimentellen und klinischen Daten kombiniert werden “, erklärt Vitaly Volpert.

Das Modell weist eine Reihe von Einschränkungen auf, da es basiertauf mehrere Vereinfachungen. Es berücksichtigt nämlich nicht die Existenz vieler Immunzellen und Zytokine (kleine informative Peptidmoleküle), die an der Immunantwort beteiligt sind, oder die komplexen Prozesse der intrazellulären Regulation und der Virusreplikation. Diese Einschränkungen helfen Wissenschaftlern jedoch dabei, einige gemeinsame evolutionäre Merkmale von Quasispezies-Viren zu identifizieren, die in einem komplexeren Modell nur schwer zu identifizieren wären. Die Arbeit des Wissenschaftlerteams kann als Grundlage für weitere Untersuchungen dienen.

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