В мае 2023 года Всемирная организация здравоохранения объявила о завершении глобальной пандемии Covid-19. Но вирус до сих пор продолжает существовать и заражать тысячи людей. Ученые по всему миру ведут работу по мониторингу, изобретению средств защиты от опасной инфекции, совершенствованию способов лечения и профилактики заболевания, чтобы минимизировать его последствия. Коронавирус постоянно мутирует и приспосабливается к новым условиям, что осложняет деятельность исследователей. Чтобы создавать более совершенные методы борьбы (вакцины, лекарства и другие) с вирусом, необходимо точно знать, что он собой представляет и как ведет себя в той или иной среде обитания. К сожалению, Covid-19 еще недостаточно изучен. Ученые Пермского Политеха совместно с исследователями из ПГАТУ и Пермского института ФСИН создали математические модели, которые детально описывают систему «клетка-вирус-среда обитания», что позволяет оценить влияние коронавируса на людей различных расовых групп, возрастов и гендерных признаков.
Исследование выполнено при финансовой поддержке Пермского национального исследовательского политехнического университета в рамках реализации программы деятельности НОЦ мирового уровня «Рациональное недропользование», а также в рамках программы стратегического академического лидерства «Приоритет 2030».
Статья с результатами исследования опубликована в журнале «Известия Юго-Западного государственного университета». Рассказать больше о вирусе, по словам завкафедрой инфекционных болезней Пермского ГАТУ, доктора ветеринарных наук Натальи Татарниковой, может иммунограмма (комплексный анализ иммунной системы), которая содержит специфические и неспецифические защитно-приспособительные механизмы, определяющие и регулирующие гомеостаз (поддержание клеток в рабочем состоянии) среды организма. Она также изучает гуморальные факторы иммунитета (антитела, бактерицидные свойства сывороток), клеточно-тканевые реакции (фагоцитоз, реактивность клеток) и общие физиологические процессы, обусловливающие иммунитет. На основе этих данных можно выявить закономерности протекания заболевания и использовать в разработке новых методов борьбы с вирусом.
«При разработке вакцины от SARS-CoV-2 необходимо иметь методику для исследования характеристик и оценки состояния иммунитета человека. Оцифровка показателей иммунограммы при различных состояниях иммуноглубинов (антител) может показать более полную картину при разных стадиях заболеваний пациентов. Математическое моделирование системы «Клетка-вирус-среда обитания» даст возможность показывать переходные процессы (здоровый, инфицированный человек) в зависимости от изменения параметров показателей иммунограммы, семейства штаммов вируса и условий обитания, а также прогнозировать возможные последствия болезни и создавать лекарства по их предотвращению», — рассказывает доктор технических наук, профессор кафедры «Информационные технологии и автоматизированные системы» ПНИПУ Сергей Костарев.
В основу математических моделей легли исследования иммунограмм четырех групп (детей в разном возрасте), характеризующих различную стадию заболевания. Строение и мутация генома SARS-CoV2, а также статистические данные о заболевших брались из открытых источников.
Материалом для исследования служила сыворотка крови. При оцифровке показателей биоматериалов оказалось, что в активной стадии болезни коронавирусом среди младших групп иммунитет вырабатывает меньше важных древнейших клеток защиты организма от инфекции (фагоцитов), но производит больше защитных белков (иммуноглубинов).
А у детей старших возрастных групп появляется большое количество лейкоцитов (клетки, которые борются с инфекцией и поражением тканей), но меньше иммуноглубинов. Кроме того, ученые построили матрицу статистических данных числа жителей и количества заболевших, вошедших в систему уравнений.
Разработанные математические модели пермских ученых позволят оценить последствия короновирусной инфекции для различных групп населения. Использование матмоделей на практике поможет в дальнейшем разработать упрощенные схемы диагностических и профилактических мероприятий при наличии Covid-19 в организме человека, а также создаст предпосылки для нахождения эффективных и экономически обоснованных способов терапии заболевания.