Новый метод для объяснения эффектов передачи различных мутаций SARS-CoV-2
Во время пандемии SARS-CoV-2 появилось множество 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 непростая задача, говорит Джон Бартон, доцент кафедры физики и астрономии Калифорнийского университета в Риверсайде, который представляет результаты своего исследования под названием "Inferring the Effects of Mutations on SARS-CoV-2 Transmission From Genomic Surveillance Data" на мартовской встрече Американского физического общества.
"Существующие вычислительные методы для изучения этой проблемы, как правило, либо трудно применимы к большим объемам данных, либо опираются на очень ограничительные предположения", - сказал Бартон. "Эксперименты также могут дать отличную информацию о том, как различные мутации влияют на вирус, но они не могут быть использованы для прямого изучения передачи SARS-CoV-2 у людей".
Бартон и его коллеги разработали новый вычислительный метод для решения этой проблемы, применив методы из статистической физики математические модели в эпидемиологии. Их метод позволяет изучить данные геномного наблюдения - последовательности SARS-CoV-2, собранные у инфицированных людей - с течением времени и во многих регионах мира, и найти влияние различных мутаций на передачу SARS-CoV-2, которые лучше всего объясняют наблюдаемую эволюционную историю вируса на протяжении пандемии.
"Несколько новых особенностей нашего метода заключаются в том, что он может учитывать перемещение инфицированных особей между регионами, чего не могут сделать большинство других моделей, а также в том, что используемые нами физические методы 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 симуляторах Бартон и его коллеги применили его к более чем 1,6 миллионам последовательностей SARS-CoV-2 из базы данных GISAID, которые были собраны из 87 географических регионов.
"Много исследований было сосредоточено на мутациях в белке Spike вируса SARS-CoV-2, и наш анализ подтверждает этот акцент на Spike как основной движущей силе передачи SARS-CoV-2", - сказал Бартон. "Около половины наиболее значимых мутаций, которые мы обнаружили, находятся в Spike, включая три из четырех ведущих мутаций. Однако мы также обнаружили множество мутаций за пределами Spike, которые, по-видимому, сильно увеличивают передачу вируса. Некоторые из них могут стать хорошими мишенями для будущих экспериментов, чтобы понять, как различные мутации влияют на функционирование SARS-CoV-2"
Бартон объяснил, что их метод также достаточно чувствителен, чтобы выявить преимущества для передачи SARS-CoV-2 для мутаций, которые ранее считались нейтральными. Его команда также способна обнаружить некоторое увеличение передачи для основных новых вариантов, таких как альфа и дельта, очень быстро, в течение недели после их появления в региональных данных. Набор данных, который команда рассматривала при написании статьи, не включал последовательностей из варианта омикрон, поскольку данные собирались только до августа 2021 года.
"Однако, даже не обнаружив последовательностей omicron в данных, мы бы уже предположили, что omicron будет передаваться быстрее, чем Alpha, 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 очень общий и может быть применен для изучения передачи других патогенов, например, гриппа".
