Математики блокируют репликацию ВИЧ
увидеть комментарии (0)
19.06.2019
Источник: «Газета.Ру» | «Математики рассчитали, сколько иммунных клеток останавливают развитие ВИЧ» | https://www.gazeta.ru/science/news/2019/06/19/n_13110013.shtml?updated |
Созданная российскими исследователями в сотрудничестве с коллегами из Испании и Швеции математическая модель предсказывает по данным о подвижности иммунных Т-клеток, сколько их должно быть в лимфоузле, чтобы блокировать распространение ВИЧ. В будущем с помощью подобных моделей можно будет проводить компьютерные эксперименты по разработке вакцин и лекарств от инфекционных болезней. Работа опубликована в Frontiers In Immunology. Исследование поддержано грантом Российского научного фонда.
«С помощью нашей модели мы впервые смогли предсказать, сколько должно быть нацеленных на уничтожение ВИЧ Т-клеток, чтобы с учетом их реальной подвижности они могли остановить распространение вируса. Как и любая модель, наша не учитывает многих других факторов, но позволяет определить минимальное требование, которое должно учитываться при разработке вакцин против ВИЧ», подчеркнул ведущий научный сотрудник Института вычислительной математики имени Г. И. Марчука РАН, руководитель проекта Геннадий Бочаров.
Для расчетов была выбрана область в так называемой паракортикальной зоне лимфоузла, где сконцентрировано особенно много T-клеток. Модель основана на базовых физических принципах. Каждый из рассматриваемых в ней более чем 12 тысяч Т-лимфоцитов движется под влиянием приложенных к нему сил согласно второму закону Ньютона: произведение ускорения на массу тела равно сумме действующих на него сил. Математики рассчитали параметры этих сил по реальным экспериментальным данным из опубликованных иммунологических исследований. Движение каждого Т-лимфоцита в модели зависит как от его активной внутренней подвижности, так и от взаимодействий с другими клетками, а также от силы трения в вязкой среде лимфоузла.
Ученые применили модель, чтобы выяснить, как подвижность лимфоцитов влияет на их способность находить и уничтожать зараженные ВИЧ клетки. Исследования экспериментальных вакцин показывают, что эффективность иммунного ответа на вирус зависит от количества «настроенных» на борьбу с ним, то есть эффекторных антиген-специфических к ВИЧ, CD8+ Т-лимфоцитов в лимфоузлах. Но сколько именно их должно быть, чтобы все зараженные клетки были обнаружены, экспериментально определить не удавалось.
Математическая модель позволила воспроизвести распространение заражения in silico, то есть в компьютерном эксперименте. До того как зараженные ВИЧ клетки выпускают вирусные частицы, проходит от 18 до 24 часов. Выяснилось, что если 5% от всех CD8+ Т-лимфоцитов в лимфоузле эффекторные, антиген-специфические к ВИЧ, и их подвижность в норме, то зараженные клетки будут обнаружены меньше чем за 18 часов. Однако вирусная инфекция снижает подвижность лимфоцитов за счет разрастания соединительной ткани в лимфоузлах. И если она снижена наполовину, то с вероятностью более 50% CD8+ Т-лимфоциты не успеют остановить распространение вируса. Это означает, что будущие вакцины против ВИЧ должны формировать более чем 5% антиген-специфических к вирусу CD8+ Т-лимфоцитов и обеспечивать их нормальную подвижность.
«В дальнейшем нашу модель можно адаптировать для исследования других инфекционных заболеваний. Механизм миграции клеток под влиянием сил, которые обеспечивают их автономное движение, и межклеточных взаимодействий достаточно универсален, подчеркнул Геннадий Бочаров. Но для каждой конкретной инфекции некоторые параметры модели нужно будет уточнять по соответствующим экспериментальным и клиническим данным. Кроме инфекционных заболеваний, модель может быть полезна и в изучении злокачественных опухолей».
************************
Читайте статью: «Ученые рассчитали число иммунных клеток, необходимых для защиты от ВИЧ» | Life4me+ | https://life4me.plus/ru/news/zashhita-ot-vich-5287/ |
Как известно, ВИЧ проникает в клетки человека, используя определенный набор белков, расположенных на ее поверхности. Однако состав оболочки вируса не остается неизменным капсид ВИЧ постоянно меняет свою структуру, не давая иммунитету шансов на окончательную победу. Именно это является главной причиной того, что до сих пор не разработана эффективная вакцина против ВИЧ.
Тем не менее, даже несмотря на кажущуюся безуспешность борьбы иммунитета с инфекцией, спустя 3-4 года организм большинства людей, живущих с ВИЧ, начинает самостоятельно генерировать так называемые ВИЧ-специфические антитела широкого спектра действия (bnAbs), способные эффективно противодействовать сразу нескольким видам вируса.
Целый ряд специалистов сегодня активно разрабатывает идею использования bnAbs уже на ранних стадиях заболевания. По их мнению, антитела способны заставить иммунную систему работать куда более эффективно.
Группа математиков из ИВМ РАН во главе с Геннадием Бочаровым, а также ряд их зарубежных коллег предложили проанализировать среду и критерии «успешности» подобного решения.
Для этого ученые разработали специальную систему, моделирующую строение лимфоузла ключевого компонента работы иммунитета.
Как пояснили специалисты, в момент проникновения патогена в организм часть пораженных клеток, либо частицы вируса попадают непосредственно в лимфатические ткани. Если их строение «незнакомо» иммунитету, Т-клетки попытаются выделить их важнейшие опознавательные знаки и начать производство антител. В противном случае организм уже «знает решение» и начинает активно очищать ткани от патогенов.
Иными словами, быстрота иммунного ответа напрямую зависит от скорости проникновения частиц вируса в лимфоузлы и времени «опознания» конкретного штамма ВИЧ Т-лимфоциты.
Почему это так важно? Дело в том, что уже пораженные ВИЧ клетки начинают синтезировать новые вирусные частицы далеко не сразу, а примерно через 18-24 часа.
Если за это время иммунитет успеет локализовать и уничтожить зараженные клетки, инфекция будет остановлена.
Ученым удалось установить минимальное число клеток, необходимых для этого, упростив тем самым решение задачи по разработке эффективной вакцины.
Согласно результатам работы, быстрый запуск механизмов иммунитета сопряжен с необходимостью соблюдения двух условий. С одной стороны, примерно 5% клеток лимфоузла должны «знать» о ВИЧ и уметь ему противодействовать.
С другой стороны, эффективность работы иммунитета будет напрямую зависеть от непосредственной реакции соединительной ткани лимфоузлов на появление инфицированных клеток.
назад