¿Qué tiene que ver la difusión de partículas en líquidos y la predicción del precio de las acciones con la construcción de una mejor vacuna contra el VIH? Según el microbiólogo de la Universidad de Iowa, Hillel Haim, puede aplicar los conceptos de los dos primeros para predecir la evolución de las proteínas de la superficie del VIH, información queentonces puede usarse para diseñar mejores vacunas.
El virus de inmunodeficiencia humana tipo 1 VIH-1 es la causa de la pandemia mundial de SIDA. Según la Organización Mundial de la Salud, más de 70 millones de personas han sido infectadas desde que comenzó la epidemia en la década de 1970, y alrededor de 35 millones de personashan muerto de VIH
"El VIH es un virus altamente dinámico. Cambia continuamente, tanto en un individuo infectado como, como consecuencia de eso, en la población en general", dice Haim, profesor asistente de microbiología en la Facultad de Medicina Carver de la UI y autor principalde un nuevo estudio publicado el 6 de abril en la revista PLOS Biología . "Cuando hacemos una vacuna, esencialmente estamos tratando de imitar el virus para que el sistema inmunitario aprenda a reconocer y atacar el virus real. El problema que estamos tratando de resolver para el VIH es cómo puede diseñar una vacunagolpear un objetivo en movimiento y continuamente cambiante? "
El objetivo móvil al que Haim se refiere es la glicoproteína de la envoltura Env, que se encuentra en la superficie del VIH. Esta proteína muta con frecuencia, lo que lleva a un número creciente de variantes de Env en la población. Esta diversidad ha limitado el éxito deVacunas contra el VIH probadas hasta la fecha. Con el fin de fabricar una vacuna que continúe igualando el virus a lo largo del tiempo, los fabricantes de vacunas necesitan saber qué variantes de Env circulan actualmente en la población de pacientes y poder predecir cómo cambiarán estas proteínas.
Utilizando herramientas y enfoques computacionales inspirados en modelos matemáticos desarrollados para predecir cambios en los precios de las acciones, Haim y su equipo pudieron predecir con precisión cómo evolucionaron las diferentes propiedades de la proteína Env en la población de Iowa en el transcurso de 30 años.
La clave del trabajo fue un recurso único disponible en la UI. En la década de 1980, Jack Stapleton, profesor de medicina interna de la UI, estableció una clínica de VIH en la ciudad de Iowa. Durante décadas, la clínica recolectó muestras de sangre de varios cientos de pacientes.
Haim y sus colegas aislaron y analizaron minuciosamente cientos de Env de VIH de estas muestras.
Examinaron los cambios en las propiedades estructurales de la proteína Env que ocurrieron en la población infectada por el VIH de Iowa durante los últimos 30 años. Los patrones de cambio que observó le recordaron a Haim su investigación de posgrado donde había estudiado el movimiento aleatorio difusión de virus a través de líquidos.
"Al estudiar el proceso físico de difusión de partículas de virus, me familiaricé con eso las matemáticas", dice. "Avanza 10 años y, al observar los patrones de cambio en las propiedades del virus, dije '¡Guau, esto es difusión!'"
Procedieron a investigar las propiedades de Env para encontrar pistas que pudieran predecir los patrones de cambio observados. Cuando compararon las Envs de diferentes virus derivados de la misma muestra de sangre, descubrieron que algunas propiedades son relativamente similares, mientras que otras son muy variables.Llamaron a esta variación característica "volatilidad". La volatilidad de cada propiedad fue muy similar entre los pacientes.
Otro sistema en el que se mide la volatilidad y se utilizan modelos de difusión para hacer predicciones es el mercado de valores. Las pequeñas fluctuaciones en el precio de las acciones a menudo son bastante características de un stock en particular.
Tanto en la evolución del VIH como en el mercado de valores, la aleatoriedad en sí misma tiene una estructura definida y frecuentemente predecible que puede usarse para predecir cómo evolucionará el sistema. El modelo basado en difusión que el equipo de UI usó de manera eficiente describe la evolución de las proteínas Env del VIH.
"Descubrimos que las volatilidades de las propiedades de Env medidas a partir de unas pocas muestras de pacientes de la década de 1980 nos permitieron predecir con precisión cómo evolucionaron estas propiedades del virus en la población de Iowa en el transcurso de 30 años", dice Haim.
La capacidad de predecir con precisión los cambios futuros mediante la prueba de un pequeño número de pacientes podría permitir la adaptación de las vacunas a las formas específicas de VIH presentes en diferentes poblaciones de todo el mundo.
"Afortunadamente, en relación con los modelos del mercado financiero que inspiraron este trabajo, nuestras predicciones de cambios en el VIH son notablemente precisas debido a la naturaleza altamente conservada de la aleatoriedad en este virus", agrega Haim.
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Materiales proporcionado por Universidad de Iowa . Original escrito por Jennifer Brown. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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