Novo modelo matemático pode ajudar a prever cepas para o desenvolvimento de vacinas
Um grande desafio no desenvolvimento de uma vacina contra o HIV é o fato de o vírus estar em constante evolução e é muito difícil prever em que direção ele tomará. Agora, um novo estudo mostra como as idéias de dois campos diferentes – previsão de preço das ações e difusão de partículas em líquidos – podem ajudar. Inspirados no modelo financeiro, os pesquisadores desenvolvem uma ferramenta baseada em difusão que previu com precisão como uma proteína de superfície do HIV evoluiu em uma população de pacientes ao longo de 30 anos.
A pesquisa é o trabalho de uma equipe da Carver College of Medicine da Universidade de Iowa na cidade de Iowa e é publicada na revista PLOS Biology.
O HIV se espalha através da troca de certos fluidos corporais, como sangue, sêmen e secreções vaginais. Também pode se espalhar através do leite materno. Uma vez que entra no corpo, o HIV ataca o sistema imunológico, atingindo principalmente as células T.
Se não for tratado, o HIV continua destruindo as células T, enfraquecendo gradualmente a capacidade do corpo de se defender contra infecções e doenças. Eventualmente, progride para um estágio avançado de infecção conhecido como AIDS.
Segundo a Organização Mundial da Saúde (OMS), o HIV já infectou mais de 70 milhões e matou cerca de 35 milhões de pessoas em todo o mundo.
Desde o início da epidemia de AIDS na década de 1980, mais de 1,2 milhão de pessoas foram diagnosticadas com a doença nos Estados Unidos.
Atualmente, não existe cura ou vacina eficaz para HIV ou AIDS, mas, com cuidados médicos adequados na forma de terapia anti-retroviral, a infecção pode ser controlada.
Hoje, uma pessoa diagnosticada com HIV que recebe atendimento médico adequado antes que a doença avance demais pode esperar uma vida tão longa e produtiva quanto uma pessoa que não possui o vírus.
Ao desenvolver uma vacina contra o HIV, os pesquisadores estão essencialmente tentando criar uma ferramenta segura que imite o vírus, para que o sistema imunológico do paciente aprenda a reconhecer e atacar o verdadeiro.
No entanto, como Hillel Haim, autor sênior do novo estudo e professor assistente de microbiologia, explica: “O HIV é um vírus altamente dinâmico. Ele muda continuamente, tanto em um indivíduo infectado quanto, como conseqüência disso, na maior população. ”
Então, ele acrescenta, o desafio para os desenvolvedores de vacinas é: “como você pode projetar uma vacina para atingir um alvo em movimento e em constante mudança?”
O “alvo em movimento” que o Prof. Haim e colegas investigaram em seu estudo é uma proteína que fica na superfície do HIV chamada glicoproteína de envelope (Env).
A rápida mutação do Env é o principal obstáculo para as tentativas de desenvolver uma vacina contra o HIV. Para progredir, os desenvolvedores de vacinas precisam encontrar uma maneira de antecipar e combinar o vírus ao longo do tempo. Eles precisam saber quais variantes de Env são atuais na população e prever como serão alteradas.
Para seu estudo, o Prof. Haim e colegas usaram amostras de sangue coletadas de centenas de pacientes atendidos em uma clínica de HIV na cidade de Iowa, aberta na década de 1980. A clínica coleta amostras há mais de 30 anos.
A equipe analisou cuidadosamente centenas de proteínas Env nas amostras, concentrando-se em particular na integridade de estruturas específicas na proteína. Haim diz que as mudanças o lembraram dos padrões que ocorrem quando os vírus se espalham aleatoriamente pelos líquidos – algo que ele estudou anos antes.
Mantendo essa idéia de difusão de partículas, os pesquisadores analisaram mais de perto as mudanças na estrutura Env para ver se podiam pegar outras pistas.
Eles analisaram as propriedades dos Envs em vírus diferentes na mesma amostra de sangue. O notou que, enquanto alguns mudaram bastante, outros permaneceram bastante parecidos.
Eles chamaram essa variação nas propriedades Env de “volatilidade” e um exame mais aprofundado revelou que a volatilidade de cada recurso da estrutura Env era muito semelhante entre amostras de pacientes diferentes.
Os modelos financeiros do mercado de ações também usam o conceito de difusão e volatilidade. Os pesquisadores descobriram que a característica de volatilidade de uma propriedade Env era semelhante às pequenas flutuações ou volatilidade de preço observadas em uma determinada ação.
Inspirados pela idéia de volatilidade na modelagem dos preços das ações, os pesquisadores desenvolveram um novo modelo baseado em difusão e o aplicaram nas amostras de sangue. Eles observam como descreveu com eficiência a evolução das proteínas Env do HIV:
“Usando volatilidades medidas em algumas amostras de pacientes da década de 1980, prevemos com precisão as propriedades dos vírus que evoluíram na população ao longo de 30 anos”.
Os pesquisadores sugerem que isso significa que apenas testar alguns pacientes com HIV pode potencialmente fornecer informações suficientes para prever mudanças virais o suficiente para permitir que as vacinas correspondam às cepas específicas de HIV em populações específicas.
Apenas para o caso de as pessoas estarem se perguntando como a imprevisibilidade dos mercados financeiros pode informar essa pesquisa, o Prof. Haims conclui:
“Felizmente, parente [to] Nos modelos do mercado financeiro que inspiraram este trabalho, nossas previsões de mudanças no HIV são notavelmente precisas, devido à natureza altamente conservada da aleatoriedade neste vírus. ”
Aprenda como uma ferramenta de ‘impressão digital’ do HIV pode ajudar muito o desenvolvimento da vacina.
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