Un team di specialisti in modelli matematici dell'Università RUDN ha suggerito un modello qualitativo dell'evoluzione del virus e della comparsa di nuovi ceppi. I risultati dello studio possono rendere più efficiente la previsione del comportamento del virus e aiutare nello sviluppo di nuovi farmaci antivirali. L'articolo è stato pubblicato sulla rivista Matematica .

L'interazione tra un virus e un corpo umano è un fenomeno molto complesso che può essere ridotto a due processi:un virus si moltiplica nelle cellule ospiti, e l'organismo resiste all'infezione mediante la risposta immunitaria. Uno sguardo più da vicino a un'infezione da virus mostra che i virus competono per le cellule ospiti, cambiamento sotto l'influenza di farmaci antivirali, e mutare durante la sua replicazione. Possono evolvere ad altissima velocità modificando vecchie o acquisendo nuove sequenze di RNA o DNA. A causa di questi e di molti altri fattori, è difficile per i biologi prevedere la dinamica dell'evoluzione del virus, prevedere il verificarsi di nuovi ceppi, e valutare i loro potenziali livelli di resistenza.

Il team di Vitaly Volpert, un matematico della RUDN University, ha suggerito un modello matematico che descrive l'evoluzione e la diversificazione delle quasispecie di virus. Il modello mostra un'interazione dinamica tra la replica, mutazione, ed eliminazione di un virus. I risultati del lavoro possono essere ulteriormente utilizzati per prevedere l'insorgenza di ceppi virali in grado di evitare il riconoscimento immunitario e resistere ai farmaci antivirali.

"Per mantenerlo semplice, il modello ci mostra che i ceppi esistenti si evolvono per ridurre la competizione tra virus, per indebolire l'eliminazione del virus dalla risposta immunitaria, e diventare meno sensibili ai farmaci. Questa tendenza porta alla comparsa di ceppi resistenti ai farmaci, "dice Vitaly Volpert.

Collaborando con i suoi colleghi, lo scienziato ha descritto un ceppo virale come una soluzione localizzata concentrata attorno a un dato genotipo. L'emergere di nuovi ceppi corrisponde a un'onda periodica che si propaga nello spazio dei genotipi. Il verificarsi di nuovi picchi di distribuzione nel processo di propagazione delle onde coincide con il verificarsi di nuovi ceppi virali. Il team ha descritto le condizioni di occorrenza delle onde viaggianti periodiche e la loro dinamica analizzando la stabilità di soluzioni stazionarie spazialmente omogenee.

Il modello è rappresentato da un'equazione reazione-diffusione non locale per la densità del virus. L'equazione ha due termini integrali che corrispondono agli effetti non locali dell'interazione del virus con le cellule ospiti e le cellule immunitarie.

Il nuovo modello è qualitativo e applicabile a diverse infezioni virali. Però, descrivere meglio la dinamica delle quasispecie virali, bisogna conoscere le loro caratteristiche individuali, come la natura delle loro mutazioni, interazione con il sistema immunitario, e risposta ai farmaci antivirali.

"Utilizzando il nostro modello, si possono sviluppare vari metodi per prevenire la diffusione di infezioni virali attraverso i tessuti corporei e la comparsa di nuovi ceppi, cioè la propagazione nello spazio dei genotipi. Però, affinché questi approcci abbiano un'attuazione pratica, dovrebbero essere combinati con dati sperimentali e clinici, " aggiunge Vitaly Volpert.

Il modello ha una serie di limitazioni perché si basa su diverse semplificazioni. Vale a dire, non tiene conto dell'esistenza della varietà di cellule immunitarie e citochine (piccole molecole peptidiche informative) che partecipano alla risposta immunitaria, o complessi processi di regolazione intracellulare e replicazione virale. Però, queste limitazioni aiutano gli scienziati a determinare alcune caratteristiche evolutive comuni delle quasispecie di virus che sarebbero difficili da identificare in un modello più complesso. Il lavoro del team può essere utilizzato come base per ulteriori indagini.