Новый метод выявляет адаптивные мутации в сложных эволюционирующих популяциях

Международная исследовательская группа, совместно возглавляемая учёным из Гонконгского университета науки и технологий (HKUST), разработала метод изучения того, как ВИЧ мутирует, чтобы ускользнуть от иммунной системы у разных пациентов. Это может помочь в разработке вакцины против ВИЧ.

ВИЧ, который может привести к СПИДу, быстро эволюционирует и атакует иммунную систему организма. Генетические мутации в вирусе позволяют ему уклоняться от иммунного ответа, опосредованного T-клетками и антителами, что затрудняет создание эффективного решения. Хотя действенного лекарства от вируса пока нет, его можно контролировать с помощью медикаментов.

Новый метод, основанный на принципах статистической физики, позволяет выявить закономерности отбора в эволюции ВИЧ, используя данные 14 пациентов. Он эффективно отличает мутации, помогающие вирусу избежать иммунной системы, от случайных вариаций.

«Наш новый метод позволяет нам выяснить, какие генетические изменения дают эволюционное преимущество, а какие — нет или даже оказывают вредный эффект», — сказал профессор Мэтью Маккей, соавтор исследования.

Метод является универсальным и может использоваться для изучения различных эволюционных процессов, таких как развитие устойчивости патогенов к лекарствам и эволюция рака. Его точность и высокая эффективность позволяют анализировать отбор в сложных эволюционных системах, которые были недоступны для существующих методов.

«Понимание генетических драйверов болезни важно в биомедицинских науках. Возможность идентифицировать геномные перестройки — ключ к пониманию того, как возникают болезни и как их лечить», — отметил соавтор исследования профессор Джон Бартон.

Примерами таких драйверов являются мутации, позволяющие вирусам ускользать от иммунного контроля, или мутации, придающие бактериям лекарственную устойчивость. Однако сложно отличить настоящие, адаптивные мутации от случайных генетических вариаций.

«Новый метод, который мы разработали, позволяет нам идентифицировать такие мутации в сложных эволюционирующих популяциях. Мы использовали методы статистической физики, чтобы преодолеть вычислительные трудности. Наш метод может применяться к эволюционирующим популяциям в целом и не ограничивается ВИЧ», — добавил профессор Бартон.

Исследователи выбрали ВИЧ в качестве тестовой системы по нескольким причинам:

• ВИЧ обладает исключительной способностью мутировать внутри человека, чтобы ускользнуть от иммунной системы.
• Детали этой динамики иммунного ускользания до конца не изучены.
• Более чёткое понимание того, как ВИЧ эволюционирует внутри человека, может помочь в разработке более эффективных методов лечения.

Результаты исследования были опубликованы в высокорейтинговом научном журнале Nature Biotechnology 30 ноября 2020 года.