Ученые говорят об антигенных волнах вирусно-иммунной коэволюции
Существующие на нашей планете с древних времени всевозможные вирусы постоянно и непрерывно эволюционируют при отборе иммунных систем хозяина. Эволюция многих микробов и патогенов, включая циркулирующие вирусы, особенно такие как сезонный грипп, обусловлена иммунным давлением со стороны населения-хозяина. В свою очередь, иммунная система инфицированных популяций обновляется, прогоняя вирусы еще дальше. Ранее инфицированные особи становятся иммунными, заставляя вирус находить более восприимчивых хозяев или мутировать, прогоняя его в так называемое антигенное пространство.
На этом основании ученые решили сформулировать подобный процесс выхода вируса в терминах низкоразмерной волны, движущейся в антигенном пространстве. Количественное понимание того, как эта динамика приводит к наблюдаемым паттернам быстрой патогенной и иммунной адаптации, играет важную роль в эпидемиологическом и эволюционном прогнозировании. Размерность антигенного пространства влияет на персистентность, а также стабильность вирусной эволюции.
В своей новой работе исследователи представили математическую теорию коэволюции между иммунными системами и вирусами в конечномерном антигенном пространстве, которая описывает перекрестную реактивность вирусных штаммов и иммунных систем, инициированных предыдущими инфекциями. В частности, было показано возникновение так называемой антигенной волны, которая продвигается вперед и канализируется перекрестной реактивностью. Ученые обнаружили характерную временную шкалу для персистенции вирусного штамма, которая на порядок дольше, чем индивидуальный иммунитет хозяина, и возникает коллективно под давлением преследующих иммунных систем.
С использованием контрольно-измерительных приборов были получены аналитические результаты для формы, скорости и угловой диффузии волны. Таким образом, вирусно-иммунная коэволюция порождает эмерджентную временную шкалу, время персистенции направления волны в антигенном пространстве, которое может быть намного больше времени коалесценции вирусной популяции.
Ученые сравнили эту динамику с наблюдаемым антигенным оборотом штаммов гриппа и обсудили, как размерность антигенного пространства влияет на предсказуемость эволюционной динамики. Результаты представили конкретную и податливую основу для описания коэволюции патоген—хозяин. Эти результаты дают представление об антигенном круговороте вирусов и подчеркивают важность эффективной размерности коэволюции.
