Во время пандемии SARS-CoV-2 появилось несколько новых и более трансмиссивных вариантов вируса. Понимание того, как конкретные мутации влияют на передачу SARS-CoV-2, может помочь нам лучше понять биологию вируса и контролировать вспышки.
Однако это сложная задача, сказал Джон Бартон, доцент кафедры физики и астрономии Калифорнийского университета в Риверсайде, который представляет результаты своего исследования под названием «Вывод влияния мутаций на передачу SARS-CoV-2 от Данные геномного наблюдения» на мартовском собрании Американского физического общества, пишет medicalxpress.com.
«Существующие вычислительные методы для изучения этой проблемы, как правило, либо трудно применить к большим объемам данных, либо они основаны на очень ограничительных предположениях», — сказал Бартон. «Эксперименты также могут предоставить отличную информацию о том, как различные мутации влияют на вирус, но их нельзя использовать для непосредственного изучения передачи SARS-CoV-2 у людей».
Бартон и его коллеги разработали новый вычислительный метод для решения этой проблемы, применяя методы математических моделей статистической физики в эпидемиологии. Их метод позволяет им просматривать данные геномного наблюдения — последовательности SARS-CoV-2, собранные у инфицированных людей — с течением времени и во многих регионах мира, и находить влияние различных мутаций на передачу SARS-CoV-2, которые лучше всего объясняют наблюдаемая эволюционная история вируса на протяжении всей пандемии.
«Несколько новых особенностей нашего метода заключаются в том, что он может учитывать перемещение инфицированных людей между регионами, чего не могут сделать большинство других моделей, и что методы, основанные на физике, которые мы используем, позволяют нам записать точное математическое выражение. для эффектов передачи различных мутаций, а не полагаться на численное моделирование для оценки этих параметров», — сказал Бартон.
После проверки своего метода на моделировании Бартон и его коллеги применили его к более чем 1,6 миллионам последовательностей SARS-CoV-2 из базы данных GISAID, которые были собраны в 87 географических регионах.
«Многие исследования были сосредоточены на мутациях спайкового белка SARS-CoV-2, и наш анализ подтверждает этот акцент на спайке как на основном факторе передачи SARS-CoV-2», — сказал Бартон. «Около половины наиболее важных мутаций, которые мы находим, находятся в Spike, включая три из четырех основных мутаций. Однако мы также находим множественные мутации за пределами Spike, которые, по-видимому, сильно увеличивают передачу вируса. Некоторые из них могут принести пользу. цели для будущих экспериментов, чтобы понять, как различные мутации влияют на функцию SARS-CoV-2».
Бартон объяснил, что их метод также достаточно чувствителен, чтобы выявить преимущества передачи SARS-CoV-2 для мутаций, которые ранее считались нейтральными. Его команда также может очень быстро обнаружить некоторую повышенную передачу основных новых вариантов, таких как альфа и дельта, в течение недели после их появления в региональных данных. Набор данных, который команда рассматривала при написании статьи, не включал последовательности из варианта омикрон, потому что данные были собраны только до августа 2021 года.
«Однако, даже не наблюдая никаких последовательностей омикронов в данных, мы уже оценили бы, что омикрон будет передаваться с большей готовностью, чем альфа, просто на основании мутаций , которые он разделяет с другими вариантами SARS-CoV-2», — сказал Бартон. «Хотя в нашем анализе мы сосредоточились конкретно на SARS-CoV-2, наш метод носит очень общий характер и может применяться для изучения передачи других патогенов, таких как грипп».