VIH: Nuevo modelo matemático puede ayudar a predecir las cepas para el desarrollo de vacunas

Un desafío importante en el desarrollo de una vacuna contra el VIH es el hecho de que el virus evoluciona continuamente y es muy difícil predecir qué dirección tomará. Ahora, un nuevo estudio muestra cómo las ideas de dos campos dispares: predicción del precio de las acciones y difusión de partículas en líquidos, pueden ayudar. Inspirados en el modelo financiero, los investigadores desarrollan una herramienta basada en la difusión que predijo con precisión cómo evolucionó una proteína de superficie del VIH en una población de pacientes durante más de 30 años.
Un desafío importante que enfrentan los desarrolladores de vacunas contra el VIH es el hecho de que el virus está evolucionando continuamente.

La investigación es el trabajo de un equipo de la Facultad de Medicina Carver de la Universidad de Iowa en Iowa City y se publica en la revista PLOS Biología.

El VIH se propaga a través del intercambio de ciertos fluidos corporales, como la sangre, el semen y las secreciones vaginales. También puede diseminarse a través de la leche materna. Una vez que ingresa al cuerpo, el VIH ataca el sistema inmunitario, dirigiéndose a las células T en particular.

Si no se trata, el VIH continúa destruyendo las células T, debilitando gradualmente la capacidad del cuerpo para defenderse contra las infecciones y las enfermedades. Eventualmente, progresa a una etapa avanzada de infección conocida como SIDA.

Según la Organización Mundial de la Salud (OMS), el VIH ha infectado a más de 70 millones y se cobró la vida de alrededor de 35 millones de personas en todo el mundo.

Desde el comienzo de la epidemia del SIDA en la década de 1980, más de 1,2 millones de personas han sido diagnosticadas con la enfermedad en los Estados Unidos.

Actualmente no existe una cura o vacuna eficaz para el VIH o el SIDA, pero con la atención médica adecuada en forma de terapia antirretroviral, la infección puede controlarse.

Una persona diagnosticada con VIH hoy que recibe atención médica adecuada antes de que la enfermedad haya avanzado demasiado puede esperar vivir una vida tan larga y productiva como una persona que no tiene el virus.

La evolución del virus desafía el desarrollo de vacunas

Al desarrollar una vacuna contra el VIH, los investigadores básicamente intentan hacer una herramienta segura que imite al virus para que el sistema inmunitario del paciente aprenda a reconocer y atacar al virus real.

Sin embargo, como Hillel Haim, autor principal del nuevo estudio y profesor asistente de microbiología, explica: "El VIH es un virus altamente dinámico. Cambia continuamente, tanto en un individuo infectado como, como consecuencia de eso, en la población mayor. "

Entonces, agrega, el desafío para los desarrolladores de vacunas es: "¿cómo se puede diseñar una vacuna para alcanzar un objetivo cambiante y en constante cambio?"

El "objetivo móvil" que el Prof. Haim y sus colegas investigaron en su estudio es una proteína que se encuentra en la superficie del VIH llamada glicoproteína de la envoltura (Env).

La mutación rápida de Env es el principal obstáculo para los intentos de desarrollar una vacuna contra el VIH. Para progresar, los desarrolladores de vacunas deben encontrar una manera de anticipar y combinar el virus a lo largo del tiempo. Necesitan saber qué variantes de Env son actuales en la población y luego predecir cómo cambiarán.

Para su estudio, el profesor Haim y sus colegas utilizaron muestras de sangre recolectadas de cientos de pacientes que asistían a una clínica de VIH en Iowa City que se inauguró en la década de 1980. La clínica ha recolectado muestras durante más de 30 años.

El equipo analizó cuidadosamente cientos de proteínas Env en las muestras, centrándose en particular en la integridad de las estructuras específicas de la proteína. El profesor Haim dice que los cambios le recordaron los patrones que ocurren cuando los virus se difunden aleatoriamente a través de los líquidos, algo que había estudiado años antes.

Modelo de difusión inspirado en la idea de volatilidad

Aferrándose a esta idea de difusión de partículas, los investigadores luego miraron más de cerca los cambios de la estructura Env para ver si podían captar otras pistas.

Examinaron las propiedades de Envs en diferentes virus en la misma muestra de sangre. Notaron que aunque algunos cambiaron bastante, otros se mantuvieron bastante similares.

Llamaron a esta variación en la volatilidad de las propiedades Env y un examen más detallado reveló que la volatilidad de cada característica de la estructura Env era muy similar entre las muestras de diferentes pacientes.

Los modelos financieros de la bolsa de valores también usan el concepto de difusión y volatilidad. Los investigadores encontraron que la característica de volatilidad de una propiedad Env era similar a las pequeñas fluctuaciones o volatilidad en el precio observado en una acción en particular.

Inspirado por la idea de la volatilidad en el modelado de los precios de las acciones, los investigadores desarrollaron un nuevo modelo basado en la difusión y lo aplicaron a las muestras de sangre. Observan cómo describió eficientemente la evolución de las proteínas Env del VIH:

"Utilizando las volatilidades medidas a partir de algunas muestras de pacientes de la década de 1980, predecimos con precisión las propiedades de los virus que evolucionaron en la población en el transcurso de 30 años".

Los investigadores sugieren que esto significa que solo el análisis de algunos pacientes con VIH podría proporcionar suficiente información para predecir los cambios de virus lo suficientemente bien como para permitir que las vacunas coincidan con las cepas específicas del VIH en poblaciones particulares.

En caso de que la gente se pregunte cómo la imprevisibilidad de los mercados financieros puede informar tal investigación, el profesor Haims concluye:

"Afortunadamente, en relación con los modelos del mercado financiero que inspiraron este trabajo, nuestras predicciones de los cambios en el VIH son notablemente precisas, debido a la naturaleza altamente conservada de la aleatoriedad en este virus".

Aprenda cómo una herramienta de "huella dactilar" de VIH podría ayudar enormemente al desarrollo de vacunas.

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