Когда Роб Филлипс решил покинуть область физики конденсированных сред и стать биологом, это произошло из-за увлечения вирусами. В течение последних 20 лет Филлипс, профессор биотехнологии, биологии и физики Калифорнийского университета Фреда и Нэнси Моррис из Калифорнийского университета, стремился получить численное представление о изучении вирусов.
«Люди жаждут количественной информации», – говорит он. «Когда у вас есть числовое понимание фактов, вы можете делать более точные прогнозы о том, как разворачиваются процессы. Это сложно и сложно, но мы добились прогресса».
В 2018 году Филлипс и его давние сотрудники Рон Мило и Йинон Бар-Он сделали глобальные количественные оценки того, сколько биологического вещества на планете, демонстрируя, как люди оказывают непропорциональное воздействие на нашу окружающую среду.
Теперь, когда тяжелый острый респираторный синдром коронавируса 2 (SARS-CoV-2) вызывает глобальную пандемию, Филлипс и его команда, снова возглавляемая Роном Мило из Института Вейцмана в Израиле, превратили его в «число» подход к изучению нового вируса . В настоящее время он и его сотрудники опубликовали в журнале eLife статью о ключевых показателях, лежащих в основе COVID-19, – средние концентрации вируса по всему организму, стабильность вируса на различных поверхностях, уровень заражения и многое другое. Мы сели с Филлипсом, чтобы обсудить новую статью.
Давайте начнем с основ: что такое вирус?
Вирусы занимают темный мир между живым и неживым. Вирус – это, по сути, маленький контейнер, внутри которого находится его генетическая информация . У них очень мало генов. Новый коронавирус имеет около 25 генов. Для сравнения, бактерия имеет порядка 4000 генов, а человек имеет порядка 20000 генов. Удивительно, что они имеют такое огромное биологическое воздействие с таким небольшим количеством генов.
Во время заражения вирусы действуют как троянские кони. Они переносят свой генетический материал в клетку-хозяина и обманывают клетку-хозяина, создавая сотни или тысячи новых копий вируса. Затем новые вирусы вырываются из клетки, уничтожая ее, и продолжают делать то же самое для большего количества клеток. В этот момент это в основном война между вирусом и иммунной системой хозяина, которая пытается выстроить защиту и уничтожить клетки, которые питают вирус.
Какие цифры показывают нам? Каковы некоторые ключевые выводы?
Эти генетические данные весьма интересны: ТОРС-коронавирус-2 составляет 50 процентов генетически похож на обычную простуду коронавируса, и 96 процентов похож на коронавирусов в летучих мышей. Эти зоонозные вирусы, которые происходят от животных и передаются людям, здесь, чтобы остаться. Они являются частью человеческой истории.
Данные об эволюции вируса и скорости его мутации позволят понять, во сколько изменится вирус. Будет ли вторая волна инфекций? Это будет сезонно? Например, вирус гриппа развивается в основном каждый год, поэтому мы должны делать новую прививку от гриппа каждый год.
То, что затрудняет общее управление показателями заражения, заключается в том, что в данных также имеются широкие статистические различия. Некоторые люди гораздо более заразны, чем другие, и вирусные нагрузки, переносимые разными инфицированными людьми, демонстрируют огромные различия. Это динамичная ситуация, поэтому мы все еще понимаем цифры.
Какие вопросы еще открыты? Что вы больше всего заинтересованы в ответе?
Существует множество разнообразных интересных и очень разнообразных вопросов, которые остаются без ответа: от того, какая часть вирусов, которые появляются из зараженной клетки, являются инфекционными, до количества вирусов, выделяемых из такой зараженной клетки, до доли население, которое не имеет симптомов. Одно из моих особых увлечений – то, как мы можем использовать математику, чтобы предсказывать будущий путь динамических систем. Конечно, один из самых известных примеров в истории науки имел место в первые дни физики и астрономии, когда такие ученые, как Тихо Браге, Иоганн Кеплер и Исаак Ньютон, пришли к соглашению о том, как предсказывать движение планет. Подобные идеи о так называемых «динамических системах» имеют отношение к распространению в пространстве и времени пандемии, которую мы переживаем сейчас,
Это вселяет надежду, что в следующий раз, когда такая пандемия наступит, и, возможно, даже для самой этой пандемии, если люди смогут работать достаточно быстро, мы будем гораздо лучше знать, как думать о том, как она будет развиваться, и, возможно, лучше, как реагировать на нее. Это.
Что послужило толчком к тому, чтобы ваши исследования были направлены на новый коронавирус?
Шесть или семь недель назад, когда коронавирус начинал проникать в США, один из моих друзей – физик, изучающий вирусы, – сказал мне, что к апрелю все мы будем находиться в своих домах и не в состоянии летать куда угодно. Если честно, меня это напугало. Я понял, что нам нужно обратить внимание, и я хотел выяснить, где моя команда может изменить ситуацию.
Одна из трудностей с исследованием SARS-CoV-2 заключается в том, что существует так много индивидуальных виньеток. Люди все смотрят на разные части головоломки; Это немного похоже на историю о том, как слепые чувствуют разные части слона, и у каждого из них появляются разные изображения существа. В случае с коронавирусом , некоторые из этих виньеток: выживание вирусов на различных поверхностях, структурная биология белка-шипа на поверхности вируса, электронная микроскопия структурных элементов вируса, клеточная биология того, как вирус взаимодействует с хозяином и так далее.
Мы хотели создать единый ресурс для курирования, где люди могли бы найти ключевые цифры о биологии и процессе заражения SARS-CoV-2. Мои сотрудники – Рон Мило и два замечательных аспиранта, Йинон Бар-Он и Ави Фламхольц, – и я хотел подвести итоги научной литературы и собрать все это в одном месте. С этой целью все наши ссылки являются полностью прозрачными, прямо цитируя предложения из каждой статьи и точно указывая, как мы знаем то, что знаем. Эта статья также выйдет в эфир, а это означает, что каждый раз, когда литература обновляет какое-то число, мы можем обновить эту статью.