Zastosowanie wysoko wydajnych metod obliczeniowych do modelowania dynamiki dywersyfikacji hemaglutyniny wirusa grypy

Cel prowadzonych badań:
Przedmiotem projektu jest szczegółowa eksploracja procesu łączenia głównego antygenu wirusa grypy (WG) – hemagglutyniny (HA) z infekowanymi komórkami nabłonka układu oddechowego. Planujemy modelowanie dokowania pochodnych kwasu sialowego – odmiennie specyficznych dla ptaków i ssaków – oraz różnych wariantów HA, pochodzących z serotypów dominujących odmian WG: A/H1N1, A/H3N2 (ludzkich), oraz odmian ptasich: A/H5N1 i A/H7Nx. Na podstawie modelowanej siły wiązania określone zostaną macierze imunizacji krzyżowej w funkcjonale zmienności mutacyjnej genu HA. Czynniki te mają wpływ na populacyjną charakterystykę oraz dynamikę HA. Białko to wykazuje wysoki stopień polimorfizmu: zarówno od strony zmienności genetycznej na poziomie RNA, oraz wpływu jaki ma to na trójwymiarowe własności miejsc aktywnych, odpowiedzialnych za rozpoznawanie molekularne pomiędzy receptorami nabłonka układu oddechowego, oraz epitopami HA.

Wpływ spodziewanych rezultatów na rozwój nauki, cywilizacji, społeczeństwa:
Naszym długofalowym celem jest zbudowanie jakościowego modelu komputerowego rozprzestrzeniania się zmian filogenetycznych hemaglutyniny w heterogenicznych populacjach zawierających ludzi i zwierzęta. Planujemy, wykorzystując wyniki niniejszego projektu, opracowanie symulacji interakcji między nosicielemi i patogenem na poziomie zarówno molekularnym jak i populacyjnym. Wyniki tego projektu przyczynią się do opracowania modelu symulacyjnego rozprzestrzeniania się epidemii grypy w skali całego kraju (Polski) przy użyciu metod Monte Carlo i modelowania agentowego. Model ten w wersji makroskopowej (populacyjnej) został już stworzony przez jednego z głównych wykonawców grantu (dr Jan Radomski), przydatne byłoby jednak rozszerzenie go o moduły uwzględniające zmienność molekularną w   ewolucji wirusa grypy. Symulacyjny model oddziaływań molekularnych oraz wynikających z nich odporności krzyżowych  szczepów HA stanowi bowiem ostatni brakujący komponent, możliwy do pozyskania tylko na poziomie badań podstawowych.

Grypa jest poważną chorobą  z ogromnym wpływem na globalne zdrowie oraz gospodarkę kraju i całego świata. Z uwagi na złożoność ewolucyjną, grypę cechują wielokrotne nawroty, szybka utrata odporności – pomimo szczepień i terapii leczniczych. W kwietniu 2009 roku odnotowano w Meksyku i Stanach Zjednoczonych nową odmianę H1N1 grypy-A pochodzącej od świń (oznaczona obecnie jako A/H1N1/v) . W ciągu kilku miesięcy od tej obserwacji, wirus szybko rozprzestrzenił się do ponad 70 innych krajów. Zmusiło to WHO do podniesienia poziomu zagrożenia pandemią do najwyższego 6 etapu w dniu 11 czerwca 2009 roku. Pandemia grypy z przełomu 2009/2010 okazała się stosunkowo łagodna, w porównaniu do innych szczepów odpowiedzialnych za poprzednie, bardziej niebezpieczne pandemie wirusa. Większość osób zakażonych szczepem pandemicznej H1N1 zazwyczaj szybko zdrowiała po nieskomplikowanej, trwającej około tygodnia, chorobie. Jednak dla niektórych grup wiekowych (w większości ludzie młodzi, lub starsi – równocześnie chorujący na choroby przewlekłe) zaobserwowano poważne komplikacje zdrowotne. Łagodny przebieg ostatniej pandemii grypy może być jednak przejściowy, gdyż wirus grypy stale się zmienia, zaś zakażenia w przyszłości mogą prowadzić do dużo poważniejszych skutków epidemiologicznych. Warto pamiętać, że w pandemii 1918 roku, tzw. hiszpańska wersja wirusa grypy była również stosunkowo łagodna w trakcie pierwszej fali zachorowań, ale następnie wirus uzyskał większą zjadliwość, powracając w następnym sezonie.