Теория игр может помочь объяснить и бороться с вирусами

Исследователи пришли к выводу, что подход теории игр может предложить новое понимание как распространения, так и сдерживания вирусов, таких как SARS-CoV-2. Работа, описанная в Journal of the Royal Society Interface, применяет "сигнальную игру" для анализа клеточных процессов, проливая свет на молекулярное поведение.

"Нам нужны новые модели и технологии на многих уровнях, чтобы понять, как обуздать вирусные пандемии", — объясняет Бад Мишра, профессор Курантовского института математических наук Нью-Йоркского университета. — "На биомолекулярном уровне мы объясняем, как клеточные процессы могут быть поняты способами, которые препятствуют болезни и способствуют здоровому функционированию".

Анализ, в котором также участвовали Уильям Кейси (Военно-морская академия США) и Стивен Мэсси (Университет Пуэрто-Рико), был сосредоточен на биологическом и эволюционном явлении "мимикрии" — изменении формы организмов для подражания другим.

Исследователи выделили два типа мимикрии:

• Бейтсовская (конфликт или обман): например, безобидная муха-журчалка имитирует опасную осу, чтобы отпугнуть хищников.
• Мюллеровская (общий интерес): например, два вида перенимают предупреждающие сигналы друг друга для взаимной защиты.

Эти типы мимикрии происходят и на молекулярном уровне:

• Отправитель сигнала — ген для РНК или белковой макромолекулы.
• Сигнал — трёхмерная конформация продукта экспрессии гена.
• Получатель — макромолекула (белок, РНК или ДНК), которая специфически взаимодействует с сигнальной макромолекулой.

SARS-CoV-2 использует молекулярную мимикрию по бейтсовскому типу, имитируя здоровые клетки, чтобы заразить организм-хозяина.

Вакцины, напротив, обманывают иммунную систему, заставляя её думать, что на неё напал вирус. Хотя эта "дезориентация" имеет краткосрочные затраты (реакция на укол), иммунная система сохраняет память и готовится к будущей встрече с реальным вирусом. Этот процесс повторяется ежегодно при создании вакцин от гриппа.

Исследователи построили математическую модель, которая описывает серию сигнальных стратегий, теоретически возможных как для вируса (бейтсовская мимикрия), так и для вакцины (мюллеровская мимикрия). Результаты показали, как мимикрия формируется, поддерживается и разрушается в клеточных популяциях.

"Лучшее понимание обманных стратегий SARS-CoV-2 поможет в разработке вакцин", — заключают авторы.