Международная команда ученых, в которую вошли исследователи МИЭМ НИУ ВШЭ, создала программное обеспечение, с помощью которого можно моделировать пути распространения COVID-19 в условиях глобальной пандемии. Разработка представляет собой самый быстрый в мире симулятор вирусных генеалогий (VGsim — Viral Genealogy Simulator). Препринт статьи представлен на на medRxiv, а код симулятора доступен на GitHub.
На сегодняшний день в мире зарегистрировано около 180 млн случаев коронавируса, а количество геномов вируса SARS-CoV-2 в открытой базе данных GISAID уже превысило 2 млн. Сейчас интенсивно разрабатываются методы для анализа этих данных, и каждый из них необходимо проверить. Симулятор вирусных генеалогий представляет собой программное обеспечение, предназначенное для проверки методов анализа данных, связанных с генетической природой коронавируса.
«Поскольку мы не можем повторить пандемию в лабораторных условиях, в нашей науке подобные проверки можно реализовать только при помощи компьютерного моделирования — различные сценарии просчитываются много раз, чтобы проверить устойчивость метода и его чувствительность к упрощениям, заложенным в математическую модель, по сравнению с реальным миром — все как в физике», — говорит соавтор исследования, заведующий Международной лабораторией статистической и вычислительной геномики НИУ ВШЭ Владимир Щур.
По генетическим последовательностям вирусов можно детально проследить пути их распространения — построить их генеалогию, дерево заражений. Такие деревья содержат много информации, например об эволюции патогенов. Симулятор, способный моделировать подобные деревья, позволяет убедиться, что метод работает корректно. С помощью симулятора можно получать деревья с десятками и сотнями миллионов образцов геномов при размере популяции, равной населению Земли. С помощью софта, разработанного авторами, на это дерево могут быть добавлены «нейтральные» (не имеющие эволюционного значения) мутации. В результате работы двух программ можно получить синтетические геномы вируса, связывающую их генеалогию и динамику эпидемии.
Основа симулятора — эпидемиологическая модель SIR, в которой население делится на три части в зависимости от статуса: восприимчивый к заболеванию, зараженный и выздоровевший. Кроме того, ученые учитывали разные типы иммунитета и структуру популяции — наличие нескольких регионов, между которыми протекает миграция. Пользователь может задавать данные, касающиеся популяций: страны, частоты контактов, культуру ношения масок и т. д. Модель позволяет понять, какая форма вируса откуда была завезена и между какими популяциями распространилась. Используя симулятор, можно проверить, насколько точны уже доступные методы построения генеалогических деревьев.
Подписывайтесь на InScience.News в социальных сетях: ВКонтакте, Telegram, Одноклассники.
