预测流感病毒进化的数学模型

【字体: 时间:2003年03月28日 来源:

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[生物通讯]研究人员建立了一个流感病毒进化的新数学模型,从而使开发出更有效的流感疫苗向前迈进了一大步。

每年新流感病毒株都会替代旧病毒株,致使原有疫苗失去作用。这个模型可以帮助研究人员预测即将到来的新流感病毒株的关键特点,采取措施抑制病毒蔓延。

这个新模型“使我们可以变化细菌和人类宿主的生物学特性,查看这些变化对流感病毒的进化有何影响。”模型的开发者之一、加州大学欧文分校的Robin Bush说。

Bush和她的同事汇集了有关疾病传播、人体免疫性的建立、以及过去20年里搜集的流感病毒系谱的信息。

了解流感病毒如何变化生死攸关:每年都有成千上万人死于流感,尤其是年轻人和老者。接种疫苗可以减少感染人数和严重程度,但每隔几十年都会爆发一次流感大流行,导致更多人死亡。例如,1918年的西班牙大流感造成了4000多万人死亡。

“从统计学角度预测,我们人类即将面临又一次流感大流行。”研究小组成员之一、伦敦帝国学院的数学生物学家Neil Ferguson说。由于病毒能够“免费搭乘”客机到处旅行,因此一次传染两个月就能在全球蔓延,他提醒说。而疫苗开发一直在竭力跟上病毒进化的步伐。

但世界卫生组织的疫苗顾问、英国国家医学研究院的Alan Hay警告说,这个模型的预测能力可能有其局限性。他认为,模型缺乏关于流感病毒的微小遗传变异如何使人体对不同病毒攻击的免疫力或多或少降低的数据。

但任何可能加速疫苗设计开发的研究都是受欢迎的。在83个国家的112个机构的协助下,世界卫生组织监控着世界范围内流感的爆发情况,据此提出疫苗开发的指导方针。根据监控,在春季就预测到冬季的流感爆发。但在中间时期,病毒已经发生了变化。

这个新模型还成功预测了流感病毒奇异的“新老交替”的政策。你可能以为流感病毒株的数量应该随时间增加,因为病毒需要最大化其变异以求生存。但事实上,新病毒株替代了就病毒株,因此病毒株数目并未随时间变化,而是一直保持稳定。

之所以这样,是因为当我们从一次流感中康复时,对另一病毒株也会产生暂时的免疫力。“这些株系不得不彼此竞争感染易感人群。”因此一个病毒株就灭绝了,Ferguson解释说。

参考文献:

Ferguson, N. M., Galvani, A. P. & Bush, R. M. Ecological and immunological determinants of influenza evolution. Nature, 422, published online, doi:10.1038/nature01509 (2003).

(生物通编译,未经授权,请勿转载)

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