• 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:

Отборочный этап студенческой олимпиады «Я — профессионал» собрал более 104 тысяч участников

За 17 дней более 104 тысяч участников из разных регионов России попробовали свои силы в состязаниях отборочного онлайн-этапа пятого сезона олимпиады«Я — профессионал» — одного из флагманских проектов президентской платформы«Россия — страна возможностей». Олимпиада реализуется при поддержке Министерства науки и высшего образования РФ.

НИУ ВШЭ подвел итоги участия в программе Года науки и технологий в России

Уходящий 2021 год был объявлен в России Годом науки и технологий. Новостная служба портала рассказывает, какие мероприятия проводила Высшая школа экономики под эгидой Года науки, о достижениях университета, а также о том, как Вышка помогает популяризации отечественной науки.

Исследование ВШЭ: реабилитацию детей с артрогрипозом может облегчить стимуляция мозга

Совместно с НМИЦ детской травматологии и ортопедии им. Турнера исследователи НИУ ВШЭ изучили, как мозг детей с артрогрипозом после пересадки мышц контролирует сгибание локтя. Оказалось, что у таких пациентов вовлекается больше моторных нейронов, то есть начало нового движения требует от мозга больше усилий.

«Задачи Высшей школы экономики вращаются вокруг слова “человек”»

В Парке науки и искусства «Сириус» завершился Конгресс молодых ученых — одно из ключевых мероприятий Года науки и технологий. В работе конгресса приняла участие делегация Высшей школы экономики. Как это было — в репортаже новостной службы портала.

«Мы должны объяснить, как работать с собой и заниматься саморазвитием»

Задача современных университетов — дать молодым людям те навыки и компетенции, которые помогут им встроиться в экономику сегодняшнего и завтрашнего дня, выбрать свою жизненную траекторию. При этом студенты становятся одними из основных заказчиков для программ образования. Об этом шла речь на форуме «Наука и университеты», который стартовал 12 декабря в нижегородской Вышке.

В Сочи стартовал Конгресс молодых ученых, в работе которого принимают участие представители ВШЭ

В образовательном центре «Сириус» в Сочи начал работу Конгресс молодых ученых. Это итоговое мероприятие Года науки и технологий, который проходит сейчас в России. В рамках конгресса пройдут также мероприятия VII Ежегодной национальной выставки ВУЗПРОМЭКСПО. Вышка представлена в Сочи большой группой ученых и экспертов.

Ученые предложили способ увеличения заряда суперконденсаторов

Ученые МИЭМ ВШЭ и Института неклассической химии в Лейпциге предложили новую теоретическую модель суперконденсаторов. Она впервые учитывает свойства катиона, которые существенно влияют на электрическую емкость суперконденсатора. Это первая подобная работа в области электрохимии. По мнению авторов, модель должна позволить инженерам в будущем создавать более мощные источники энергии. Результаты работы опубликованы в журнале The Journal of Physical Chemistry C. Исследование выполнено в рамках гранта РНФ.

В НИУ ВШЭ разработали первый стандартизированный тест на русском языке для оценки нарушений при афазии

Ученые Центра языка и мозга НИУ ВШЭ создали и протестировали Русский афазиологический тест — новую методику диагностики языковых нарушений у пациентов с афазией. Этот тест станет первым в России стандартизированным инструментом в этой области. Статья “The Russian Aphasia Test: The first comprehensive, quantitative, standardized, and computerized aphasia language battery in Russian” вышла в журнале PLOS ONE.

Вышка примет участие в создании Супер С-тау фабрики

18 ноября в Новосибирске десять университетов и институтов объявили о создании партнерства по строительству электрон-позитронного коллайдера для исследования очарованных частиц и тау-лептонов. Новый эксперимент запланирован в рамках Супер С-тау фабрики. В десятку основателей вошли две международные и восемь российских команд, включая Высшую школу экономики.

Модель, описывающая отношения хищников и их жертв, стала основой для прогноза распространения COVID-19

Исследователи факультета экономических наук НИУ ВШЭ предложили математическую модель, описывающую течение пандемии COVID-19 с учетом ограничительных мер, принимаемых в разных странах. Она поможет правительствам принимать взвешенные и своевременные решения о введении или отмене ограничений. Работа опубликована в журнале Eurasian Economic Review.