PLoS Biol：不可思議！利用金融數學模型或能幫助開發更出色的HIV疫苗

圖片來源：medicalxpress.com

2017年4月10日 訊 /生物谷BIOON/ --金融數學（stock price prediction，股票價格預測）和液體中的粒子擴散與開發更好的HIV疫苗之間有什麼關係？近日，來自愛荷華大學的研究人員就表示，我們可以利用上述研究模型來預測HIV表面蛋白的進化軌跡，隨後利用相關信息就能夠設計出抵禦HIV更好的疫苗，相關研究刊登於國際雜誌PLoS Biology上。

HIV-1是誘發全球AIDS流行的主要原因，據世界衛生組織數據顯示，從20世紀70年代艾滋病流行開始，目前全球已經有7000萬HIV感染者，而且有3500萬感染者死於HIV。微生物學家Hillel Haim說道，HIV是一種高度動態化的病毒，其會在感染個體中不斷發生改變，而且還會產生更加嚴重的後果；當我們開發疫苗時，我們非常有必要對該病毒進行模擬以便機體免疫系統能夠學會如何識別並且攻擊病毒，而目前我們所面臨的問題就是如何開發出一種疫苗能夠擊中不斷變化的病毒靶點。

HIV的移動靶點實際上就是病毒的包膜糖蛋白（Env），其位於病毒表面，Env會頻繁發生突變，最終誘發病毒群體中Env突變數量的增加，這種多樣性無意中就限制了當前HIV疫苗的成功率；為了製造出更好的疫苗來實時狙擊不斷變化的HIV，疫苗開發者就需要知曉患者血液中循環的到底是攜帶哪種Env突變的病毒，同時他們還希望能夠成功預測這些蛋白如何隨著時間延續而發生改變。

這項研究中，研究者受到了金融數學模型的啟發，他們開發出了新型的計算機工具和方法或許就能夠準確預測過去30年裡愛荷華市HIV感染人群機體中病毒不同特性的Env蛋白進化的機制和方式。這項研究的關鍵就在於愛荷華大學特殊的資料庫，20世紀80年代，研究者Jack Stapleton在愛荷華市建立HIV診所來對感染者進行治療，10年後研究者從數百名患者中收集了血液樣本，而研究者Haim及其同事對樣本HIV中的成百上千個Env蛋白進行分離研究，他們檢測了Env蛋白結構特性的改變，Haim說道，當研究病毒顆粒擴散的物理學過程時，我開始熟悉數學，隨後我們對病毒特性改變的模式進行了深入探索。

調查Env的特性就能夠為研究者預測該蛋白改變的模式提供思路，當研究者對來自相同血液樣本中不同病毒的Env蛋白進行對比后他們發現，一些相似的特性非常相似，而另外一些特性則具有高度可變性，研究者將不一致的特性認定為「易變性」，每一種特性的易變性在不同患者之間都非常相似。另外一種測定易變性的系統和擴散模型能夠用來在股市中進行預測，股價的微小波動通常就會符合某支股票的特徵。

在HIV的進化和股市中，自身的隨機性或許就具有一種確定和可預測的結構，而這通常就能夠用來幫助預測系統的進化趨勢，而本文中研究者所使用的基於擴散的模型就能夠有效描述HIV Env蛋白的進化情況。Haim說道，我們發現，從20世紀80年代多位患者機體血液樣本中所測定的Env特性的易變性或許能夠準確幫助我們預測病毒的這些特性如何進化；通過檢測一系列患者來準確預測病毒未來改變的能力或許就能夠潛在幫助疫苗開發者開發針對全世界不同患者群體中特殊形式的HIV疫苗。

最後研究者指出，很幸運的是，基於金融市場的模型啟發了我們繼續深入研究，由於病毒具有隨機性的高保守特性，因此我們對HIV改變的預測是極為準確的。後期我們還需要進行更為深入的研究來探索如何更好地基於本文研究來開發有效抵禦HIV感染的新型疫苗。（生物谷Bioon.com）

Orlando DeLeon, Hagit Hodis, Yunxia O』Malley, et al. Accurate predictions of population-level changes in sequence and structural properties of HIV-1 Env using a volatility-controlled diffusion model.PLoS Biology (2017). DOI: 10.1371/journal.pbio.2001549.