Hiv: ny matematisk modell kan bidra till att förutsäga stammar för vaccinutveckling


Hiv: ny matematisk modell kan bidra till att förutsäga stammar för vaccinutveckling

En stor utmaning i utvecklingen av ett hiv-vaccin är det faktum att viruset fortlöpande utvecklas, och det är väldigt svårt att förutse vilken riktning det kommer att ta. Nu visar en ny studie hur idéer från två olika fält - aktiekurs prediktering och partikeldiffusion i vätskor - kan hjälpa till. Inspirerat av den finansiella modellen utvecklar forskarna ett diffusionsbaserat verktyg som exakt förutsagde hur ett HIV-ytprotein utvecklats i en patientpopulation över 30 år.

En stor utmaning för hiv-vaccinutvecklare är det faktum att viruset ständigt utvecklas.

Forskningen är ett lag från Carver College of Medicine vid University of Iowa i Iowa City och publiceras i tidskriften PLOS biologi .

HIV sprider sig genom utbytet av vissa kroppsvätskor, såsom blod, sperma och vaginala sekret. Det kan också spridas genom bröstmjölk. När det kommer in i kroppen, attackerar HIV immunsystemet, i synnerhet T-celler.

Om obehandlad fortsätter HIV att förstöra T-celler, vilket gradvis försämrar kroppens förmåga att försvara sig mot infektion och sjukdom. Så småningom går det fram till ett avancerat stadium av infektion som kallas AIDS.

Enligt Världshälsoorganisationen (WHO) har HIV smittat över 70 miljoner och hävdat livet för cirka 35 miljoner människor världen över.

Sedan början av AIDS-epidemin på 1980-talet har mer än 1,2 miljoner människor diagnostiserats med sjukdomen i USA.

Det finns för närvarande inget effektivt botemedel eller vaccin mot hiv eller aids, men med korrekt medicinsk vård i form av antiretroviral behandling kan infektionen kontrolleras.

En person som diagnostiserats med hiv idag som får ordentlig sjukvård innan sjukdomen har gått för långt kan förvänta sig att leva nästan lika länge och produktivt ett liv som en person som inte har viruset.

Virusutveckling utmanar vaccinutveckling

Vid utveckling av ett hiv-vaccin försöker forskarna i huvudsak göra ett säkert verktyg som efterliknar viruset så att patientens immunsystem lär sig att känna igen och attackera den verkliga.

Men som Hillel Haim, seniorförfattare till den nya studien och biträdande professorn i mikrobiologi, förklarar: "HIV är ett högdynamiskt virus. Det förändras kontinuerligt både hos en infekterad individ och som en följd av det i den större befolkningen."

Så, tillägger han, är utmaningen för vaccinutvecklare, "hur kan du utforma ett vaccin för att träffa ett rörligt och ständigt förändrat mål?"

Det "rörliga målet" som Prof. Haim och kollegor undersökte i studien är ett protein som sitter på ytan av HIV som kallas kuvertglykoproteinet (Env).

Den snabba mutationen av Env är det viktigaste hindret för försök att utveckla ett hiv-vaccin. För att göra framsteg måste vaccinutvecklare hitta ett sätt att förutse och matcha viruset över tiden. De behöver veta vilka Env-varianter som är aktuella i befolkningen och sedan förutse hur de kommer att förändras.

För sin studie använde Prof. Haim och kollegor blodprover som samlats in från hundratals patienter som deltog i en hiv-klinik i Iowa City som öppnade på 1980-talet. Kliniken har samlat in prov i mer än 30 år.

Teamet analyserade noggrant hundratals Env-proteiner i proverna, med inriktning särskilt på integriteten hos specifika strukturer i proteinet. Prof. Haim säger att förändringarna påminde honom om mönster som uppstår när virus slumpmässigt diffunderar genom vätskor - något han hade studerat tidigare år.

Diffusionsmodell inspirerad av ide om volatilitet

Genom att hålla fast vid denna idé om partikeldiffusion såg forskarna sedan närmare på Env-strukturens förändringar för att se om de kunde hämta några andra ledtrådar.

De tittade på egenskaperna hos Envs i olika virus i samma blodprov. Det märktes att medan vissa förändras ganska mycket, stannade andra i stort sett lika.

De kallade den här variationen i Env-egenskaperna "volatilitet" och ytterligare undersökning visade att volatiliteten hos varje funktion i Env-strukturen var väldigt lik bland prover från olika patienter.

Finansiella modeller på aktiemarknaden använder också begreppet diffusion och volatilitet. Forskarna fann att volatilitetskarakteristiken hos en Env-egenskap liknade de små fluktuationer eller volatilitet i pris som observerades i ett visst lager.

Inspirerat av ideen om volatilitet vid modellering av aktiekurser utvecklade forskarna sedan en ny diffusionsbaserad modell och applicerade den på blodproverna. De noterar hur det effektivt beskriver utvecklingen av HIV Env-proteiner:

"Med hjälp av volatiliteter mätt från några få patientprover från 1980-talet, förutsäger vi noggrant egenskaperna hos virus som utvecklats i befolkningen under 30 år."

Forskarna föreslår att detta innebär att bara testa några hiv-patienter kan potentiellt ge tillräcklig information för att förutsäga virusförändringar tillräckligt bra för att tillåta vacciner att matcha specifika hiv-stammar i vissa populationer.

Bara om man undrar hur finansmarknadernas oförutsägbarhet kan informera sådan forskning, avslutar prof. Haims:

Lyckligtvis relativa [till] finansmarknadsmodellerna som inspirerade detta arbete är våra förutsägelser av förändringar i hiv anmärkningsvärt korrekta på grund av den väldigt bevarade karaktären av slumpmässighet i detta virus."

Lär dig hur ett HIV-fingeravtrycksverktyg kan hjälpa till med vaccinutveckling.

ZEITGEIST: MOVING FORWARD | OFFICIAL RELEASE | 2011 (Video Medicinsk Och Professionell 2021).

Avsnitt Frågor På Medicin: Sjukdom