Группа исследователей пришла к выводу, что подход, основанный на теории игр, может предложить новое понимание как распространения, так и разрушения вирусов, таких как SARS-CoV-2. Работа, представленная в Journal of the Royal Society Interface, применяет «сигнальную игру» к анализу клеточных процессов в освещении молекулярного поведения.
«Нам нужны новые модели и технологии на многих уровнях, чтобы понять, как обуздать вирусные пандемии», – объясняет Бад Мишра, профессор Института математических наук Куранта Нью-Йоркского университета и один из авторов статьи. «На биомолекулярном уровне мы объясняем, как можно понять клеточность, которая блокирует болезнь и способствует здоровому функционированию».
Анализ, в котором также участвовали Уильям Кейси, доцент кафедры кибер-наук Военно-морской академии США, и Стивен Мэсси, доцент кафедры биологии Университета Пуэрто-Рико, был посвящен биологическому и эволюционному феномену «мимикрии» – возможности организмов менять форму.
Исследователи, в частности, сосредоточились на двух типах мимикрии: бейтсовской и мюллеровской. Бейтсовская мимикрия, названная в честь натуралиста Генри Уолтера Бейтса, включает конфликт или обман между отправителем и получателем, например, безобидная журчалка имитирует более опасную осу, чтобы отпугнуть хищников. Напротив, мимикрия Мюллера, названная в честь зоолога и натуралиста Иоганна Фридриха Теодора Мюллера, возникает, когда есть общие интересы между отправителем и получателем, например, два вида, которые принимают предупредительные сигналы друг друга как средство защиты для обоих.
Эти типы мимикрии также встречаются на молекулярном уровне.
«Ген для РНК или макромолекулы белка можно рассматривать как отправителя, в то время как сигнал состоит из трехмерной конформации экспрессируемого генного продукта», – пишут авторы. «Приемник – это макромолекула, которая специфически взаимодействует с сигнальной макромолекулой, обычно с белком, но также может быть молекулой РНК или ДНК».
Вирус SARS-CoV-2, добавляют они, многократно использует молекулярную мимикрию в своих попытках эксплуатировать человека, имитируя, по методу Бейтса, здоровые клетки для заражения организма. Напротив, вакцины обманывают иммунную систему человека, заставляя ее чувствовать, что она подвергается атаке вируса. Хотя этот обман дорого обходится вакцинированному субъекту в краткосрочной перспективе, в виде реакции на инъекцию, иммунная система сохраняет память и поэтому заранее подготовлена к будущей встрече с настоящим вирусом.
Эта динамика ежегодно демонстрируется при создании прививок от гриппа – вакцины меняются каждый год, чтобы точно имитировать недавно появившийся вирус.
Помня об этом, исследователи стремились определить, может ли сигнальная игра предоставить основу для анализа различных типов мимикрии. В сигнальной игре отправитель стремится убедить получателя в том, что он несет сообщение, которое выгодно обоим, независимо от правдивости утверждения.
В своем анализе авторы статьи построили математическую модель, наметившую серию сигнальных стратегий, которые теоретически могут быть приняты как вирусом (мимикрия Бейтса), так и вакциной (мимикрия Мюллера). Их результаты предложили ряд схем того, как мимикрия формируется, поддерживается и разрушается в клеточных популяциях.
«Лучшее знание обманчивых стратегий SARS-CoV-2 поможет при разработке вакцины», – заключают исследователи.