研究模型的免疫系统如何发展征服艾滋病病毒

仍令人沮丧的难开发艾滋病疫苗,部分原因是病毒,一旦进入我们的身体,快速繁殖和发展逃脱被免疫系统。

“病毒不断地生产突变体逃避检测,”约书亚说普罗金,宾夕法尼亚大学生物学系教授在艺术与科学学院。“一个人与艾滋病毒可能数百万株病毒在体内循环。”

然而,身体的免疫系统还可以进化。Antibody-secreting b细胞彼此竞争生存和增殖取决于他们如何绑定到外国侵略者。它们动态地产生不同的类型的抗体过程中感染。

在一篇新论文公共科学图书馆遗传学,普罗金和博士后研究员Jakub Otwinowski和普林斯顿大学研究学者Armita Nourmohammad,数学建模这些决斗进化过程理解的条件影响抗体和病毒如何互动和适应彼此的慢性感染。

值得注意的是,研究人员认为免疫系统产生的条件广泛中和抗体,可以战胜病毒株的广泛范围的目标最重要和不可变的病毒基因组的一部分。他们的研究结果,它表明,呈现病毒抗原的免疫系统有一个很大的多样性可能是最好的方式来鼓励这种强大的抗体的出现,对设计产生影响艾滋病疫苗和其他慢性感染。

“这不是教你如何设计一个艾滋病毒疫苗普罗金说,“但我们的工作提供了一些定量指导如何促使免疫系统引起广泛中和性的抗体。”

最大的挑战在模型试图抗体和病毒的进化是跟踪不同基因组序列的大量出现在每个人口感染过程中。所以研究者们关注的统计数据绑定病毒和抗体之间的相互作用。

“这是关键的分析技巧来简化问题,“Otwinowski说。“这本来是不可能追踪和写方程所有的互动。”

研究人员建造了一个模型来研究突变将如何影响抗体和病毒之间的亲和力。他们的模型计算出的平均绑定整个人口的病毒株之间的亲和力和抗体的曲目了解他们共同演化。

“这是对我们的工作的事情之一是独一无二的,”Nourmohammad说。“我们不是只看一个病毒绑定一个抗体,而是整个多样性的交互发生在慢性感染。”

他们看到的是一个“s”型曲线,有时控制感染的免疫系统出现高水平的约束力,但随后病毒突变会产生逃避中和,然后结合亲和力会下降。

“免疫系统做得好如果有活跃的抗体和病毒之间的绑定关系,”普罗金说,“病毒如果没有强大的约束力。”

这样一个签名是指示性的一个系统的平衡,应对病毒的抗体,反之亦然。研究人员注意到,这个签名可能是常见的许多敌对的共赢。

看看他们的模型与数据从一个实际的感染,研究人员观察了时移实验数据从两个艾滋病患者,收集的抗体在不同时间点,然后“竞争”对抗体内的病毒在不同的时间在他们的感染。

他们看到这些病人数据符合他们的模型:病毒从更早的时间点会在之后的时间点收集的主要由抗体中和但可能比收集早期感染的抗体。

最后,研究人员使用该模型来理解的条件广泛中和抗体,能够击败大多数的病毒株,将出现并兴起。

“尽管广泛中和抗体的有效性,这些抗体的患者被治愈艾滋病,”普罗金说。“只是他们开发的时候,已经太迟了,他们的t细胞剧目枯竭。这就提出了一个有趣的想法,如果只有他们可以开发这些抗体感染,早些时候他们可能准备战斗一个发展目标。”

”模型,我们建立了,“Nourmohammad说,“能够表明,如果病毒多样性是非常大的,这些广泛中和抗体的机会比更具体有针对性的抗体和增殖上升。”

这一发现表明,为了引出这些抗体的疫苗,它应该提供一个多样化的主机病毒抗原。这样没有一个专家抗体会有一个巨大的体能优势,离开房间的多面手,广泛中和抗体成功。

研究人员说,几乎没有和进化论的理论建模系统,如这一个。因此,他们的工作可能会对其他共同进化的场景。

“我们的理论也适用于其他系统,如bacteria-phage共同进化,“Otwinowski说,病毒感染细菌,这一过程驱动细菌进化和生态学。

“这或许能解释的共同进化流感病毒在发展的背景下全球免疫系统,”Nourmohammad说。