• A
  • A
  • A
  • АБВ
  • АБВ
  • АБВ
  • А
  • А
  • А
  • А
  • А
Обычная версия сайта

В ВШЭ создали симулятор вирусных генеалогий, позволяющий моделировать пути распространения COVID-19

В ВШЭ создали симулятор вирусных генеалогий, позволяющий моделировать пути распространения COVID-19

© iStock

Ученые из МИЭМ НИУ ВШЭ совместно с коллегами из Калифорнийского университета в Санта-Круз и Европейского института биоинформатики разработали программное обеспечение, с помощью которого можно моделировать пути распространения COVID-19 в условиях глобальной пандемии. Это самый быстрый в мире симулятор вирусных генеалогий (VGsim — Viral Genealogy Simulator). Симулятор доступен, о нем можно прочесть в препринте на medRxiv и скачать код с GitHub.

На данный момент в мире зарегистрировано около 180 миллионов случаев коронавируса, а количество геномов вируса SARS-CoV-2 в открытой базе данных GISAID превысило 2 миллиона. Сейчас интенсивно разрабатываются методы для анализа этих данных. Каждый такой метод необходимо проверять — насколько он чувствителен, например, к предположениям об однородности популяции или к случайным эффектам, которые всегда возникают в реальности. Симулятор вирусных генеалогий — программное обеспечение, предназначенное для проверки методов анализа данных, связанных с генетической природой коронавируса. 

Владимир Щур

«Поскольку мы не можем повторить пандемию в лабораторных условиях,  в нашей науке подобные проверки можно реализовать только при помощи компьютерного моделирования —  различные сценарии просчитываются много раз, чтобы проверить устойчивость метода и его чувствительность к упрощениям, заложенным в математическую модель, по сравнению с реальным миром — все как в физике», — рассказывает заведующий Международной лабораторией статистической и вычислительной геномики НИУ ВШЭ Владимир Щур.    

По генетическим последовательностям вирусов можно детально проследить пути их распространения — построить их генеалогию, дерево заражений. Такие деревья содержат много информации, в частности, об эволюции патогенов. А симулятор, способный моделировать подобные гигантские деревья, позволяет ученым убедиться, что их метод работает корректно.

Симулятор способен получать деревья с десятками и даже сотнями миллионов образцов геномов при размере популяции равной населению земного шара. Затем с помощью софта, разработанного одним из авторов, на это дерево могут быть добавлены «нейтральные» (то есть не имеющие эволюционного значения) мутации. И, таким образом, в результате работы этих двух программ можно получить синтетические геномы вируса, связывающую их генеалогию и динамику эпидемии.

Основа симулятора — эпидемиологическая модель SIR, в которой население делится на три части в зависимости от статуса: восприимчивый к заболеванию, зараженный и выздоровевший. Эта модель существует уже более 100 лет. Исследователи ее модифицировали, чтобы она учитывала разные типы иммунитета и структуру популяции — то есть наличие нескольких регионов или стран, между которыми протекает миграция. 

В результате пользователь может задавать данные, касающиеся популяций. Это могут быть, например, страны или регионы. Для каждой страны, региона или популяции задается частота контактов, которая может отражаться, через плотность населения или иные культурные аспекты. Так, туда же можно отнести культуру ношения масок, поскольку это дополнительный барьер для контактов. 

Ученые отмечают, что в классической SIR модели не учитывается миграция. И в данном случае, относительно более общепринятых моделей, исследователи внесли изменения.

После того, как была смоделирована динамика распространения инфекции, опираясь на нее, исследователи построили генеалогическое дерево образцов. «Это распространенный подход в геномике — смотреть на развитие не из прошлого в настоящее, а в обратном течении времени. С учетом сгенерированной динамики — мы строим дерево, связывающее виртуальные образцы, которые появились в этой виртуальной эпидемии», — объяснил Владимир Щур. 

Генеалогия для условных образцов, которые попали в виртуальную лабораторию, позволяет понять — кто откуда был завезен, между какими популяциями он успешно распространился. Используя симулятор, можно проверить, насколько точны уже доступные методы построения этих генеалогических деревьев.

Читайте на IQ.HSE полный текст интервью с разработчиком симулятора, заведующим Международной лабораторией статистической и вычислительной геномики НИУ ВШЭ Владимиром Щуром.

Вам также может быть интересно:

Исследователи изучили публикационную активность на постсоветском пространстве

Российские ученые публикуют три четверти научных работ на постсоветском пространстве. Но в целом на страны бывшего СССР приходится около 3% от общемирового числа научных статей. При этом за последние 30 лет выросла роль университетов: сотрудники вузов участвуют в подготовке более половины публикуемых научных статей последних лет. Об этом говорится в исследовании публикационной активности ученых стран бывшего СССР.

Ученые описали возможную причину зеленого свечения в небе

Группа российских ученых из НИУ ВШЭ, ИКИ РАН, ИЗМИРАН описала развитие в пылевой плазме ионосферы модуляционной неустойчивости электромагнитных волн, которая возникает при больших интенсивностях электромагнитного излучения. Исследователи учли неупругие столкновения частиц плазмы ионосферы, а также сформулировали новые задачи и приложения, которые необходимо рассмотреть в будущем. Результаты исследования  опубликованы  в журнале Physics of Plasmas.

Центр языка и мозга НИУ ВШЭ стал мировым лидером за 10 лет

Как менее чем за одно десятилетие развить маленькую исследовательскую группу в крупный научный центр, известный в России и за рубежом? Статья об истории Центра языка и мозга НИУ ВШЭ, удачах и сложностях в первые годы его развития опубликована в специальном выпуске журнала Frontiers in Psychology, посвященном трансляции нейронаучного знания в общество.

Ученые научились добывать «идеальные» 3D-клеточные культуры для исследования рака

Группа ученых из Венгрии, России и Финляндии разработала систему SpheroidPicker, которая умеет выделять раковые клетки определенной формы и размера (сфероиды). Этот первый в своем роде прибор, работающий на основе искусственного интеллекта, позволит стандартизировать работу с образцами опухолей. Результаты исследования опубликованы в журнале  Scientific Reports. В работе над проектом принимал участие младший научный сотрудник Научно-учебной лаборатории искусственного интеллекта для вычислительной биологии НИУ ВШЭ Никита Мошков.

ВШЭ приглашает ведущих исследователей принять участие в конкурсе экспериментальных лабораторий

Высшая школа экономики объявляет открытый конкурс проектов на создание экспериментальных научно-исследовательских лабораторий по естественно-научным направлениям. В конкурсе смогут принять участие проекты по исследованиям в областях биофотоники и старения (биология, физиология, биомедицина, биостатистика, биоинформатика).

Ученые впервые сравнили порождение и понимание речи у русскоязычных детей с аутизмом

Исследователи из  Центра языка и мозга  НИУ ВШЭ совместно с российскими и американскими коллегами впервые сравнили между собой порождение и понимание речи на разных лингвистических уровнях у одной и той же группы детей с аутизмом. Это позволило им опровергнуть гипотезу о том, что дети с аутизмом понимают речь хуже, чем говорят. Исследование опубликовано в журнале  Research in Developmental Disabilities

Ученые НИУ ВШЭ: только госслужащие-женщины смогут побороть коррупцию в России

Чиновницы в два раза чаще считают взятки проблемой. Реже рискуют своей должностью и участвуют в махинациях. Таковы результаты исследования, проведенного учеными из НИУ ВШЭ и опубликованного в Journal of Economic Behavior and Organization.

Новый учебный год в Вышке начинается в очном формате для всех

Исходя из эпидемиологической ситуации, учебный год для всех студентов во всех кампусах Вышки начнется в очном формате с соблюдением уже привычных мер безопасности.

Российские ученые выявили особенности иммунного ответа к штаммам SARS-CoV-2

Исследователи ВШЭ оценили эффективность T-клеточного иммунного ответа против 11 штаммов SARS-CoV-2 и создали портал, который позволяет отслеживать влияние мутаций коронавируса на способность главного комплекса гистосовместимости человека (HLA) взаимодействовать с пептидами вируса. Результаты исследования опубликованы в журнале Nucleic Acids Research.

«Мы можем сравнить вакцинацию с уроками самообороны»

Онлайн-лекция, посвященная ответам на вопросы о прививках от коронавируса, прошла недавно в питерском кампусе ВШЭ. Биолог, директор АНО по поддержке и развитию вакцинопрофилактики «Коллективный иммунитет» Антонина Обласова рассказала о жизненном цикле вирусов, отличии вакцин от лекарств по принципу действия, а также о типах прививок. Кроме того, спикер ответила на основные вопросы о вакцинах: почему они появились так быстро и как они работают, насколько они эффективны и влияют ли на работу репродуктивной и других систем организма.