VIH: Un nouveau modèle mathématique peut aider à prédire les souches pour le développement de vaccins

Un défi majeur dans le développement d'un vaccin contre le VIH est le fait que le virus évolue continuellement, et il est très difficile de prévoir la direction qu'il prendra. Maintenant, une nouvelle étude montre comment des idées provenant de deux domaines disparates - prévision du prix des actions et diffusion des particules dans les liquides - peuvent aider. Inspirés par le modèle financier, les chercheurs développent un outil basé sur la diffusion qui prédit avec précision l'évolution d'une protéine de surface du VIH chez une population de patients de plus de 30 ans.
Un défi majeur pour les développeurs de vaccins anti-VIH est le fait que le virus évolue continuellement.

La recherche est l'?uvre d'une équipe du Carver College of Medicine de l'Université d'Iowa à Iowa City et est publiée dans la revue PLOS Biologie.

Le VIH se transmet par l'échange de certains fluides corporels tels que le sang, le sperme et les sécrétions vaginales. Il peut aussi se transmettre par le lait maternel. Une fois dans l'organisme, le VIH attaque le système immunitaire en ciblant les cellules T en particulier.

S'il n'est pas traité, le VIH continue à détruire les lymphocytes T, affaiblissant progressivement la capacité de l'organisme à se défendre contre les infections et les maladies. À terme, il évolue vers un stade avancé d'infection appelé SIDA.

Selon l’Organisation mondiale de la santé (OMS), le VIH a infecté plus de 70 millions de personnes et tué environ 35 millions de personnes dans le monde.

Depuis le début de l'épidémie de sida dans les années 1980, plus de 1,2 million de personnes ont été diagnostiquées aux États-Unis.

Il n'existe actuellement aucun traitement ou vaccin efficace contre le VIH ou le SIDA, mais avec des soins médicaux appropriés sous forme de traitement antirétroviral, l'infection peut être maîtrisée.

Une personne diagnostiquée séropositive aujourd'hui qui reçoit des soins médicaux appropriés avant que la maladie ne progresse trop loin peut s'attendre à vivre une vie presque aussi longue et productive qu'une personne qui n'a pas le virus.

L'évolution des virus met au défi le développement de vaccins

En développant un vaccin contre le VIH, les chercheurs essaient essentiellement de créer un outil sûr qui imite le virus afin que le système immunitaire du patient apprenne à reconnaître et à attaquer le virus.

Cependant, comme l'explique Hillel Haim, auteur principal de la nouvelle étude et professeur adjoint de microbiologie: «Le VIH est un virus très dynamique. Il évolue continuellement chez les personnes infectées et, par conséquent, chez la population la plus nombreuse. "

Ainsi, ajoute-t-il, le défi pour les concepteurs de vaccins est le suivant: "comment pouvez-vous concevoir un vaccin pour atteindre une cible mouvante et en constante évolution?"

La «cible mouvante» que le professeur Haim et ses collègues ont étudiée dans leur étude est une protéine située à la surface du VIH appelée glycoprotéine de l'enveloppe (Env).

La mutation rapide de Env est le principal obstacle aux tentatives de développement d'un vaccin contre le VIH. Pour progresser, les développeurs de vaccins doivent trouver un moyen d’anticiper et d’adapter le virus au fil du temps. Ils doivent savoir quelles variantes Env sont présentes dans la population et prédire ensuite comment elles vont changer.

Pour leur étude, le professeur Haim et ses collègues ont utilisé des échantillons de sang prélevés sur des centaines de patients présents dans une clinique du VIH à Iowa City et ouverts dans les années 1980. La clinique recueille des échantillons depuis plus de 30 ans.

L'équipe a soigneusement analysé des centaines de protéines Env dans les échantillons, en se concentrant en particulier sur l'intégrité des structures spécifiques de la protéine. Le professeur Haim dit que les changements lui ont rappelé les tendances qui se produisent lorsque les virus se diffusent aléatoirement dans des liquides, ce qu’il avait étudié des années auparavant.

Modèle de diffusion inspiré par l'idée de la volatilité

Gardant cette idée de la diffusion des particules, les chercheurs ont ensuite examiné de plus près les changements apportés à la structure Env pour voir s’ils pouvaient trouver d’autres indices.

Ils ont examiné les propriétés d'Envs chez différents virus dans le même échantillon de sang. Le fait que certains ont beaucoup changé, d'autres sont restés largement similaires.

Ils ont appelé cette variation de la «volatilité» des propriétés Env et un examen plus poussé a révélé que la volatilité de chaque caractéristique de la structure Env était très similaire parmi les échantillons provenant de patients différents.

Les modèles financiers du marché boursier utilisent également le concept de diffusion et de volatilité. Les chercheurs ont constaté que la caractéristique de volatilité d'une propriété Env était similaire aux faibles fluctuations ou à la volatilité du prix observées dans un stock particulier.

Inspirés par l'idée de volatilité dans la modélisation des cours des actions, les chercheurs ont ensuite développé un nouveau modèle basé sur la diffusion et l'ont appliqué aux échantillons de sang. Ils notent comment il décrit efficacement l'évolution des protéines Env du VIH:

"En utilisant les volatilités mesurées à partir de quelques échantillons de patients des années 1980, nous prédisons avec précision les propriétés des virus qui ont évolué dans la population au cours des 30 dernières années."

Les chercheurs suggèrent que cela signifie que le simple fait de tester quelques patients séropositifs pourrait potentiellement fournir suffisamment d'informations pour prédire suffisamment les changements de virus pour permettre aux vaccins de correspondre aux souches spécifiques du VIH dans des populations particulières.

Au cas où les gens se demanderaient comment l'imprévisibilité des marchés financiers peut influencer une telle recherche, le professeur Haims conclut:

"Heureusement, par rapport aux modèles de marchés financiers qui ont inspiré ce travail, nos prévisions concernant les changements du VIH sont remarquablement précises, en raison de la nature hautement conservée du caractère aléatoire de ce virus."

Découvrez comment un outil «d'empreinte digitale» du VIH pourrait grandement aider au développement de vaccins.

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