Aanbevolen, 2019

Editor'S Choice

Hersenactiviteit verklaart dronken agressie
Nieuw antibioticaresistentiegen dat de laatste verdedigingslinie in China overtreedt
Het meten van BMI voor volwassenen, kinderen en tieners

HIV: Nieuw wiskundig model kan helpen bij het voorspellen van stammen voor de ontwikkeling van vaccins

Een belangrijke uitdaging bij de ontwikkeling van een HIV-vaccin is het feit dat het virus voortdurend evolueert en het is erg moeilijk om te voorspellen in welke richting het zal gaan. Nu laat een nieuwe studie zien hoe ideeën uit twee ongelijksoortige velden - voorraadprijsvoorspelling en deeltjesverspreiding in vloeistoffen - kunnen helpen. Geïnspireerd door het financiële model, ontwikkelen de onderzoekers een op diffusie gebaseerd instrument dat nauwkeurig voorspelt hoe een HIV-oppervlakte-eiwit evolueerde in een patiëntenpopulatie van meer dan 30 jaar.


Een belangrijke uitdaging voor HIV-vaccinontwikkelaars is het feit dat het virus voortdurend in ontwikkeling is.

Het onderzoek is het werk van een team van het Carver College of Medicine aan de University of Iowa in Iowa City en wordt gepubliceerd in het tijdschrift PLOS Biology.

HIV verspreidt zich door de uitwisseling van bepaalde lichaamsvloeistoffen, zoals bloed, sperma en vaginale afscheidingen. Het kan zich ook via de moedermelk verspreiden. Zodra het het lichaam binnendringt, valt hiv het immuunsysteem aan, met name op T-cellen.

Indien onbehandeld, blijft HIV de vernietiging van T-cellen veroorzaken, waardoor het vermogen van het lichaam om zichzelf te verdedigen tegen infectie en ziekte geleidelijk wordt verzwakt. Uiteindelijk gaat het over naar een vergevorderd stadium van infectie dat bekend staat als AIDS.

Volgens de Wereldgezondheidsorganisatie (WHO) heeft HIV meer dan 70 miljoen mensen besmet en het leven geëist van ongeveer 35 miljoen mensen wereldwijd.

Sinds de start van de aids-epidemie in de jaren tachtig zijn in de Verenigde Staten meer dan 1,2 miljoen mensen gediagnosticeerd met de ziekte.

Er is momenteel geen effectieve remedie of vaccin voor HIV of AIDS, maar met de juiste medische zorg in de vorm van antiretrovirale therapie, kan de infectie onder controle worden gehouden.

Iemand die vandaag de diagnose HIV heeft en die goede medische zorg krijgt voordat de ziekte te ver is gevorderd, kan verwachten dat hij bijna net zo lang en productief zal leven als iemand die het virus niet heeft.

Virusevolutie daagt vaccinontwikkeling uit

Bij het ontwikkelen van een HIV-vaccin proberen onderzoekers in essentie een veilige tool te maken die het virus nabootst, zodat het immuunsysteem van de patiënt leert hoe hij het echte virus kan herkennen en aanvallen.

Echter, zoals Hillel Haim, senior auteur van de nieuwe studie en universitair docent microbiologie, uitlegt: "HIV is een zeer dynamisch virus en verandert voortdurend, zowel bij een geïnfecteerd persoon als, als gevolg daarvan, bij de grotere bevolking. "

Dus, voegt hij eraan toe, de uitdaging voor vaccinontwikkelaars is, "hoe kun je een vaccin ontwerpen om een ​​bewegend en voortdurend veranderend doelwit te raken?"

Het "bewegende doelwit" dat Prof. Haim en collega's in hun onderzoek hebben onderzocht, is een eiwit dat op het oppervlak van HIV zit en dat het glycoproteïne van de envelop (Env) wordt genoemd.

De snelle mutatie van Env is het belangrijkste struikelblok bij pogingen om een ​​HIV-vaccin te ontwikkelen. Om vooruitgang te boeken, moeten vaccinontwikkelaars een manier vinden om te anticiperen en het virus na verloop van tijd te matchen. Ze moeten weten welke Env-varianten actueel zijn in de populatie en vervolgens voorspellen hoe ze zullen veranderen.

Voor hun studie gebruikten prof. Haim en collega's bloedmonsters die waren verzameld van honderden patiënten die deelnamen aan een HIV-kliniek in Iowa City die in de jaren tachtig werd geopend. De kliniek heeft al meer dan 30 jaar monsters verzameld.

Het team analyseerde zorgvuldig honderden Env-eiwitten in de monsters, waarbij met name de nadruk werd gelegd op de integriteit van specifieke structuren in het eiwit. Prof. Haim zegt dat de veranderingen hem deden denken aan patronen die voorkomen wanneer virussen willekeurig door vloeistoffen heen diffunderen - iets wat hij jaren eerder had gestudeerd.

Diffusiemodel geïnspireerd op het idee van volatiliteit

Terwijl ze vasthielden aan dit idee van deeltjesverspreiding, keken de onderzoekers nader naar de Env-structuurveranderingen om te zien of ze andere aanwijzingen konden oppikken.

Ze keken naar de eigenschappen van Envs in verschillende virussen in hetzelfde bloedmonster. Het viel op dat, hoewel sommigen nogal veranderden, anderen grotendeels hetzelfde bleven.

Ze noemden deze variatie in Env-eigenschappen "volatiliteit" en nader onderzoek onthulde dat de vluchtigheid van elk kenmerk van de Env-structuur erg vergelijkbaar was tussen monsters van verschillende patiënten.

Financiële modellen van de aandelenmarkt gebruiken ook het concept van diffusie en volatiliteit. De onderzoekers ontdekten dat de volatiliteitskenmerken van een Env-vastgoed vergelijkbaar waren met de kleine fluctuaties of volatiliteit in de prijs die werd waargenomen in een bepaald aandeel.

Geïnspireerd door het idee van volatiliteit in het modelleren van de aandelenkoersen, ontwikkelden de onderzoekers vervolgens een nieuw op diffusie gebaseerd model en pasten het toe op de bloedmonsters. Ze noteren hoe het de evolutie van HIV Env-eiwitten efficiënt beschreef:

"Met behulp van volatiliteiten gemeten met een paar patiënten uit de jaren 80, voorspellen we nauwkeurig de eigenschappen van virussen die zich in de loop van 30 jaar in de populatie ontwikkelden."

De onderzoekers suggereren dat dit betekent dat alleen het testen van een paar HIV-patiënten mogelijk genoeg informatie kan geven om virusveranderingen goed genoeg te voorspellen, zodat vaccins kunnen matchen met de specifieke HIV-stammen in bepaalde populaties.

Voor het geval mensen zich afvragen hoe de onvoorspelbaarheid van financiële markten dit onderzoek kan informeren, concludeert Prof. Haims:

"Gelukkig, ten opzichte van de financiële marktmodellen die dit werk hebben geïnspireerd, zijn onze voorspellingen van veranderingen in HIV opmerkelijk accuraat, vanwege de zeer behouden aard van willekeur in dit virus."

Lees hoe een hiv-vingerafdruktool de ontwikkeling van vaccins enorm kan bevorderen.

Populaire Categorieën

Top