Содержание

ВИЧ: что нужно знать

Сегодня в мире с ВИЧ живет более 40 миллионов людей. Большинство ВИЧ-положительных людей даже не знает о том, что они инфицированны. Ежедневно происходит инфицирование нескольких тысяч людей. ВИЧ расшифровывается как «Вирус Иммунодефицита Человека». Заболевание, которое вызывает ВИЧ, называется «ВИЧ-инфекция». СПИД является стадией ВИЧ-инфекции. Эта аббревиатура расшифровывается как «Синдром Приобретенного Иммунодефицита Человека.»

ВИЧ — необычный вирус. Попадая в организм человека, он остается там на всю жизнь. ВИЧ-положительные люди могут многие годы не знать о своем заболевании. Это объясняется тем, что ВИЧ-инфекция не имеет ярко выраженных внешних признаков, в отличие, например, от ветрянки. Кроме того, долгое время после инфицирования человек может чувствовать себя вполне здоровым.

Но, несмотря на отсутствие внешних проявлений, заболевание постепенно разивается в организме. ВИЧ разрушает клетки иммунной системы, которые отвечают за борьбу с болезнями.

Для людей, живущих с ВИЧ, любые заболевания представляют большую опасность.

Стадия СПИДА наступает, когда организм особенно сильно ослаблен ВИЧ-инфекцией. На этом этапе любая болезнь может представлять для человека смертельную опасность.

На сегодняшний день, ВИЧ-инфекция является неизлечимым заболеванием. Но, соблюдая рекомендации врача, человек может замедлить развитие болезни и сохранить здоровье на долгие годы.

Как передается вирус?

Вирус иммунодефицита содержится практически во всех биологических жидкостях организма. Но инфицирование может произойти только при контакте с четырьмя из них. Это:

  • Кровь
  • Сперма
  • Влагалищный секрет
  • Материнское молоко

Контакт «Кровь с кровью»

Передача вируса, в частности, возможна:

  • При использовании нестирильного медицинского инструментария, в том числе, игл и шприцев для введения наркотических веществ;
  • Во время использования нестирильных игл для прокалывания ушей, пирсинга, нанесения татуировок.

Половой контакт

Передача вируса возможна:

  • Во время полового контакта любого вида без презерватива;

Сегодня существует миф о том, что большинство контрацептивов предохраняют от ВИЧ-инфекции. Это большое заблуждение. Внутриматочная спираль, диафрагмы, прерванный половой акт и т.д. смогут, в самом лучшем случае, предотвратить наступление нежелательной беременности. Но, к сожалению, не могут полностью исключить риск инфицирования. Для уменьшения риска важно использование качественного презерватива, который предотвратит попадание в организм чужой спермы, влагалищного секрета и крови. Причем презерватив необходим в течение всего полового акта, вне зависимости от его вида.

Инфицирование младенца от ВИЧ-положительной матери

Передача вируса возможна:

  • Во время беременности;
  • Во время родов;
  • При кормлении грудью.

Важно учитывать, что при своевременно начатом и правильно проведенном лечении ВИЧ-положительные женщины рожают здоровых, не инфицированных детей. По данным Всемирной организации здравоохранения, при проведении профилактических мероприятий риск передачи заболевания от матери к ребенку можно снизить до 1% и менее.

Как не передается вирус?

  • Через слюну: при поцелуе, кашле, чихании и т.д.;
  • При рукопожатии и объятиях;
  • Через пот и слезы;
  • Через насекомых (в том числе кровососущих) и животных;
  • Через пищу, приготовленную ВИЧ-положительным человеком, общую посуду и бытовые приборы;
  • Через мочу и кал, в частности, во время совместного пользования туалетом и душем;
  • Во время совместных занятий спортом, посещения бассейна;
  • Через постельное белье.

Как можно обнаружить ВИЧ?

Выявить вирус можно только с помощью специального анализа крови — теста на антитела к ВИЧ.

После попадания вируса в кровь, организму человека требуется от 25 дней до 6 месяцев для выработки такого количества антител, которое позволит обнаружить их при анализе. Сответственно, около полугода после инфицирования анализы могут давать ложно отрицательный результат на ВИЧ-инфекцию. Поэтому важно сдать анализы на антитела к ВИЧ несколько раз: через 25 дней и через полгода после возможного инфицирования.

Не забывай!

С ВИЧ-инфекцией связано множество предрассудков. Как правило, их порождает ложная информация о заболевании или отсутствие каких-либо сведений вообще. Так, многие стремятся всячески избегать контакта с ВИЧ-положительными людьми. Перестают здороваться, общаться, а иногда и откровенно дискриминируют.

Важно понимать, что ВИЧ-инфекция может затронуть каждого. Среди инфицированных присутствуют представители различных социальных групп населения: мужчины, женщины, маленькие дети, люди с различным уровнем достатка и разными религиозными убеждениями. И если эта проблема сегодня для кого-то неактуальна, это не означает, что ее значимость для конкретного человека завтра не возрастет в десятки раз.

Важно помнить одну простую истину: за свое здоровье любой человек несет личную ответственность. И в интересах каждого принимать адекватные, а не надуманные, меры профилактики. Только они имеют право на место в нашей повседневной жизни.

ЧТО ТАКОЕ ВИЧ-ИНФЕКЦИЯ И СПИД


ВИЧ-инфекция – это хроническое заболевание, возбудителем которого является ВИЧ. Заболевание развивается очень медленно, последняя стадия развития ВИЧ-инфекции – СПИД.
 

ВИЧ – это Вирус Иммунодефицита Человека, мельчайший микроорганизм, вызывающий у человека иммунодефицит.



СПИД
– это аббревиатура, которая расшифровывается как Синдром Приобретенного Иммунодефицита.


Синдромом
называют ряд признаков и симптомов, отличающих отдельные заболевания и состояния.


Приобретенный
– то есть не врожденный, а полученный в течение жизни (хотя, можно сказать, что в некоторых случаях иммунодефицит может быть врожденным, например, в случае передачи ВИЧ-инфекции от матери к ребенку во время беременности или родов).


Иммуно- или иммунный
– относящийся к иммунной системе человека, той, которая обеспечивает нашу защиту от различных болезнетворных бактерий и вирусов.


Дефицит
– недостаток чего-либо, в данном случае — иммунитета.


К развитию СПИДа приводит заражение человека ВИЧ-инфекцией (заболеванием, вызываемым вирусом иммунодефицита человека).


Иммунодефицит
– состояние организма, когда защитная (иммунная) система разрушена настолько, что не в состоянии бороться с любыми, даже самыми безобидными заболеваниями.


ВИЧ, как и другие вирусы, очень мал, поэтому увидеть его в обычный микроскоп невозможно. Зато ученым удалось получить снимки вируса с помощью высокоточных приборов. 


Действие вируса иммунодефицита в общих словах можно описать следующим образом: при попадании в организм человека ВИЧ поражает иммунную систему, уничтожая специальные Т-4 клетки, функцией которых является защита организма от инфекций, уничтожение опасных микробов. Разрушая иммунную систему, ВИЧ делает нас неспособными противостоять не только внешним инфекциям, но и «инфекционным агентам» (бактериям, грибкам и вирусам), которые при здоровой иммунной системе существуют в нашем организме и не вызывают заболеваний.


Как и другие вирусы, ВИЧ может размножаться только внутри клеток хозяина (инфицированного человека). Вне организма ВИЧ гибнет в течение очень короткого периода времени, продолжительность которого зависит от таких факторов, как температура и наличие жидкости в среде, окружающей вирус. Также ВИЧ чувствителен к нагреванию и погибает при 56 градусах по Цельсию. 

СПИД.Пути заражения и профилактика — Кировский клинико-диагностический центр (бывшая Кировская клиническая больница № 8)

Четверг,  27  Ноября  2014

СПИД — это аббревиатура, которая расшифровывается следующим образом: Синдром Приобретенного Иммунодефицита.

  • Синдром — это ряд признаков и симптомов, отличающих отдельные заболевания и состояния.
  • Приобретенный — т.е. не врожденный, а полученный в течение жизни (хотя, можно сказать, что в некоторых случаях иммунодефицит может быть врожденным — в случае передачи ВИЧ-инфекции от ВИЧ-положительной матери ее ребенку во время беременности или родов).
  • Иммуно-, иммунный — относящийся к иммунной системе человека, той, которая обеспечивает нашу защиту от различных болезнетворных бактерий и вирусов.
  • Дефицит — недостаток чего-либо.

К развитию СПИДа приводит заражение человека ВИЧ-инфекцией.

ВИЧ — Вирус Иммунодефицита Человека (мельчайший микроорганизм, вызывающий у человека иммунодефицит).

Иммунодефицит — состояние организма, когда защитная (иммунная) система разрушена настолько, что не в состоянии бороться с любыми, даже самыми безобидными заболеваниями.

ВИЧ, как и другие вирусы, очень мал — слишком мал, чтобы его можно было разглядеть в обычный микроскоп.


Действие вируса иммунодефицита в общих словах можно описать следующим образом. При попадании в организм человека, ВИЧ поражает иммунную систему, уничтожает специальные клетки, функцией которых является защита организма от инфекций, уничтожение опасных микробов. Разрушая иммунную систему, ВИЧ делает нас неспособными противостоять не только внешним инфекциям, но и «инфекционным агентам» (бактериям, грибкам и т.д.), которые при здоровой иммунной системе существуют в нашем организме и не вызывают заболеваний.

Как и другие вирусы, ВИЧ может размножаться только внутри клеток хозяина — инфицированного человека. ВИЧ способен жить вне организма в течение довольно короткого периода времени, продолжительность которого зависит от таких факторов, как температура и наличие жидкости в среде, окружающей вирус. Вирус чувствителен к нагреванию и погибает при 56 градусах по Цельсию.

Как передается вирус иммунодефицита?

Существует только три пути передачи ВИЧ-инфекции.

Половой путь. ВИЧ передается от одного человека к другому во время незащищенного сексуального контакта (без презерватива), когда в организм попадает сперма или влагалищные выделения зараженного партнера.

Через кровь. ВИЧ передается через зараженную кровь или кровепродукы. Это может произойти при переливании не тестированной на ВИЧ крови, плазмы, препаратов крови. Однако, заражение ВИЧ при переливании донорской крови маловероятно, вследствие того, что все доноры в обязательном порядке обследуются на ВИЧ при каждой кроводаче. Люди, имевшие возможность заразиться, не должны быть донорами (пусть даже анализы на данный момент отрицательные, но этот человек может находиться в «периоде окна»), чтобы не подвергать даже минимальной опасности заражения реципиентов — людей, которым будет сделано переливание.

Многократное использование медицинских игл и шприцев без стерилизации, также может приводить к передаче малого количества крови от одного человека к другому и, следовательно, к заражению ВИЧ. Чаще всего это наблюдается среди наркоманов, вводящих наркотики внутривенно и пользующихся общим шприцем.

Также возможна передача ВИЧ при попадании инфицированной крови в ранку на теле незараженного человека.

ВИЧ может передаваться через зараженную кровь, оставшуюся на инструментах для прокалывания ушей, нанесения татуировок и т.д. Иглы, используемые для этих целей, также должны быть одноразового использования или стерилизоваться после каждого применения. Следует также избегать пользования общими зубными щетками и бритвами, хотя риск заражения таким путем минимален.

От матери к ребенку. ВИЧ-положительная мать может передать вирус ребенку во время беременности, родов или при грудном вскармливании.

По статистике, риск заражения составляет в среднем 20-45%. Вероятно, риск больше, если мать недавно инфицирована или уже больна СПИДом, чем при бессимптомной стадии ВИЧ-инфекции. Но сегодня существуют лекарства, которые позволяют снизить риск рождения ВИЧ-инфицированного ребенка до 4-6%, если женщина будет принимать их во время беременности. Все дети, рожденные от ВИЧ-положительных матерей, содержат в крови антитела к ВИЧ, независимо от того, заражен ребенок или нет, т.к. материнские антитела к ВИЧ проникают через плаценту. У незараженных детей антитела исчезают к полутора годам. Только после этого анализ на ВИЧ может определить, заражен ли ребенок. Также, передача вируса от матери к ребенку может произойти при грудном вскармливании, т.к. грудное молоко содержит достаточную концентрацию ВИЧ-инфекции, чтобы ребенок мог заразиться. Если ВИЧ-положительная женщина хочет иметь ребенка, то ей следует проконсультироваться с квалифицированным специалистом о риске рождения ребенка с ВИЧ.

Как можно защитить себя от заражения ВИЧ-инфекцией?

Зная, как передается ВИЧ, мы можем предотвратить его распространение. Лучший способ избежать заражения ВИЧ — это не допускать проникновения крови, семенной жидкости и влагалищных выделений других людей в свой организм.

Вы можете также принять решение иметь только одного полового партнера и сохранять взаимную верность. Если Вы не представляете свою жизнь без секса, то следующим эффективным способом предохранения являются латексные презервативы, т.е. безопасный секс. Латексные презервативы являются менее пористыми, чем какие-либо другие, и поэтому они надежнее защитят Вас от разного рода неприятностей.

Следующим важным правилом является ответственность и внимательность во время инъекций в лечебном учреждении. Необходимо всегда следить за тем, чтобы врачи или медсестры пользовались только одноразовыми шприцами и иглами. Также избегайте переливания Вам непроверенной донорской крови.

И, самое главное, — не употреблять наркотики, т.к. более 70% ВИЧ-положительных в России, это люди, употребляющие наркотики внутривенно. Следуя этим правилам, Вы можете быть в большей степени уверенными, что Вы не заразитесь ВИЧ.


СПИД: история возникновения, распространение, симптомы. Справка

Некоторые ученые считают, что вирус ВИЧ был передан от обезьян к человеку примерно в 1926 году.  Последние исследования показывают, что человек приобрел этот вирус в Западной Африке. До 1930-х годов вирус никак не проявлял себя. В1959 году в Конго умер мужчина.Позднейшие исследования медиков, проанализировавших его историю болезни, показали, что, возможно, это был первый зафиксированный в мире случай смерти от СПИДа. В 1969 году в США среди проституток были зафиксированы первые случаи болезни, протекавшей с симптомами СПИДа. Тогда медики не обратили на них особого внимания, посчитав редкой формой пневмонии. В 1978 году у гомосексуалистов в США и Швеции, а также среди гетеросексуальных мужчин в Танзании и на Гаити были обнаружены симптомы одного и того же заболевания.

И только в 1981 году Центр по контролю и профилактике болезней (CDC) сообщил о выявлении у молодых гомосексуалистов в Лос-Анджелесе и Нью-Йорке новой болезни. В США было выявлено около 440 носителей вируса ВИЧ. Около 200 из этих людей умерли. Так как большинство больных были гомосексуалистами, новая болезнь получила название «Иммунодефицит, передаваемый гомосексуалистами»  (Gay Related Immuno Deficiency – GRID) или «Гомосексуальный рак» (A Gay Cancer).

5 июня 1981 года американский ученый из Центра по контролю над заболеваниями Майкл Готлиб впервые описал новое заболевание, протекающее с глубоким поражением иммунной системы. Тщательный анализ привел американских исследователей к выводу о наличии неизвестного ранее синдрома, получившего в 1982 году название Aquired Immune Deficience Syndrom (AIDS) – синдром приобретенного иммунодефицита (СПИД). Тогда же СПИД назвали болезнью четырех «Н», по заглавным буквам английских слов — гомосексуалисты, больные гемофилией, гаитяне и героин, выделив этим самым группы риска для новой болезни.

Иммунный дефицит (снижение иммунитета), от которого страдали заболевшие СПИДом, ранее встречался только как врожденный порок недоношенных новорожденных детей. Врачи установили, что у этих больных снижение иммунитета не было врожденным, но было приобретено в зрелом возрасте.

В 1983 году французским ученым Монтанье была установлена вирусная природа болезни. Он обнаружил в удаленном у больного СПИДом лимфатическом узле вирус, назвав его LAV (lymphadenopathy associated virus).

24 апреля 1984 года директор Института вирусологии человека Мэрилендского университета доктор Роберт Галло объявил о том, что он нашел истинную причину СПИДа. Ему удалось выделить вирус из периферической крови больных СПИДом. Он изолировал ретровирус, получивший название HTLV-III (Human T-lymphotropic virus type III). Эти два вируса оказались идентичными.

В 1985 году было установлено, что ВИЧ передается через жидкие среды тела: кровь, сперму, материнское молоко. В том же году был разработан первый тест на ВИЧ, на основе которого в США и Японии начали проверять на ВИЧ донорскую кровь и ее препараты.
В 1986 году группа Монтанье объявила об открытии нового вируса, который получил название HIV-2 (ВИЧ-2). Сравнительное изучение геномов ВИЧ-1 и ВИЧ-2 показало, что в эволюционном плане ВИЧ-2 далеко отстоит от ВИЧ-1. Авторы высказали предположение, что оба вируса существовали задолго до возникновения современной эпидемии СПИДа. ВИЧ-2 был впервые выделен в 1985 году от больных СПИДом в Гвинее-Бисау и Островах Зеленого Мыса. Исследования показали, что обусловленные ВИЧ-2 и ВИЧ-1 заболевания являются самостоятельными инфекциями, так как имеются различия в особенностях возбудителей, клинике и эпидемиологии.

В 1987 году Всемирная Организация Здравоохранения утвердила название возбудителя СПИД – «вирус иммунодефицита человека» (ВИЧ, или в английской аббревиатуре HIV).

В 1987 году была учреждена Глобальная программа ВОЗ по СПИДу, а Всемирной ассамблеей здравоохранения принята глобальная стратегия борьбы со СПИДом. В этом же году в ряде стран внедряется в лечение больных первый противовирусный препарат – азидотимидин (зидовудин, ретровир).

Необходимо подчеркнуть, что ВИЧ и СПИД не синонимы. СПИД – понятие более широкое и означает дефицит иммунитета. Такое состояние может возникнуть в результате самых различных причин: при хронических истощающих заболеваниях, воздействии лучевой энергии, у детей с дефектами иммунной системы и у больных старческого возраста с инволюцией иммунной защиты, некоторых медикаментозных и гормональных препаратов. В настоящее время название СПИД применяется для обозначения только одной из стадий ВИЧ-инфекции, а именно манифестной ее стадии.

ВИЧ-инфекция — новое инфекционное заболевание, называвшееся до открытия ее возбудителя как синдром приобретенного иммунодефицита (СПИД). ВИЧ-инфекция — прогрессирующее антропонозное инфекционное заболевание, с кровоконтактным механизмом заражения, характеризующееся специфическим поражением иммунной системы с развитием тяжелого иммунодефицита, который проявляется вторичными инфекциями, злокачественными новообразованиями и аутоиммунными процессами.

Источником ВИЧ-инфекции является больной СПИДом человек или бессимптомный вирусоноситель. Основной механизм передачи инфекции – кровоконтактный. Болезнь передается при половых контактах, особенно гомосексуальных; от инфицированной матери к ребенку в период беременности через плаценту, во время родов, при грудном вскармливании от матери к плоду; через бритвенные приборы и другие колюще-режущие предметы, зубные щетки и т. п. Эпидемиологи  ВИЧ не допускают существования воздушно-капельного и фекально-орального путей передачи, так как выделение ВИЧ с мокротой, мочой и калом весьма незначительно, а также незначительно и число восприимчивых клеток в желудочно-кишечном тракте и дыхательных путях.

Существует и искусственный путь передачи: при лечебно-диагностических манипуляциях путем проникновения вируса через поврежденную кожу, слизистые оболочки (транс¬фузии крови и ее препаратов, трансплантации органов и тканей, инъекции, операции, эндоскопические процедуры и т. п.), искусственном оплодотворении, при внутривенном введении наркотических веществ, выполнении различного рода татуировок.

В группу риска входят: пассивные гомосексуалисты и проститутки, у которых более вероятны повреждения слизистых оболочек в виде микротрещин. Среди женщин основную группу риска составляют наркоманки, вводящие наркотики внутривенно. Среди больных детей 4/5 составляют дети, матери которых больны СПИДом, инфицированы ВИЧ или принадлежат к известным группам риска. Второе по частоте место занимают дети, которым производили гемотрансфузии, третье – больные гемофилией, медицинский персонал, имеющий профессиональный контакт с кровью и другими биологическими жидкостями ВИЧ-инфицированных пациентов.

Вирус иммунодефицита может существовать в организме человека в течение десяти – двенадцати лет, никак себя не проявляя. А на начальные признаки его проявления многие люди не обращают должного внимания, принимая их за симптомы других, на первый взгляд не опасных заболеваний. Если вовремя не начать процесс лечения, наступает конечная стадия ВИЧ – СПИД. Вирус иммунодефицита может стать базой для развития других болезней, носящих инфекционный характер. Наряду с риском развития СПИДа повышается и риск появления других инфекционных заболеваний.

Симптомы

Лихорадка более 1 месяца, диарея более 1 месяца, необъяснимая потеря массы тела на 10% и более, пневмонии затяжные, рецидивирующие или не поддающиеся стандартной терапии, постоянный кашель более 1 месяца, затяжные, рецидивирующие вирусные, бактериальные, паразитарные болезни, сепсис, увеличение лимфоузлов двух и более групп свыше 1 месяца, подострый энцефалит, слабоумие у ранее здоровых людей.

Последняя стадия – СПИД – протекает в трех клинических формах: онко-СПИД, нейро-СПИД и инфекто-СПИД. Онко-СПИД проявляется саркомой Капоши и лимфомой головного мозга. Нейро-СПИД характеризуется разнообразными поражениями ЦНС и периферических нервов. Что касается инфекто-СПИДа, то он проявляется многочисленными инфекциями.

При переходе ВИЧ в заключающую стадию — СПИД — симптомы заболевания становятся более явными. Человека все чаще и чаще начинают поражать различные заболевания, такие как пневмония, туберкулез легких, вирус герпеса и другие заболевания, получившие название оппортунистические инфекции. Именно они и ведут к самым тяжелым последствиям. В это время вирус иммунодефицита становится тяжелейшим заболеванием. Бывает, что состояние больного настолько тяжелое, что человек даже не в состоянии вставать с постели. Такие люди чаще всего даже не подлежат госпитализации, а находятся дома под присмотром близких им людей.

Диагностика

Основным методом лабораторной диагностики ВИЧ-инфекции является обнаружение антител к вирусу с помощью иммуноферментного анализа.

Лечение

На современном этапе развития медицины лекарства, способного полностью вылечить это заболевание, не существует. Однако, при своевременном начале лечения ВИЧ можно надолго отодвинуть момент перехода вируса иммунодефицита в развитие СПИДа, а следовательно и продлить более-менее нормальную жизнь больному.

Уже разработаны схемы лечения, которые могут существенно замедлить развитие заболевания, а так как инфекция протекает в большинстве случаев длительно, то можно надеяться на создание за это время эффективных лечебных средств.

Что такое ВИЧ/СПИД?

ВИЧ – инфекция – медленно прогрессирующее инфекционное заболевание, вызываемое вирусом иммунодефицита человека, характеризующийся поражением иммунной и нервной систем, с последующим развитием на этом фоне оппортунистических (сопутствующих) инфекций, новообразований, приводящих инфицированного ВИЧ к летальному исходу.

СПИД (синдром приобретенного иммунодефицита) — терминальная стадия ВИЧ-инфекции, характеризующиеся клиническими проявлениями (совокупностью определенных симптомов и заболеваний, вызванных существенными нарушениями иммунной системы).

Этиология.

Вирус иммунодефицита человека относят к семейству ретровирусов (Retroviridae), роду лентивирусов (Lentivirus). Ретровирусы, имеют в структуре вирионов обратную транскриптазу — фермент, синтезирующий ДНК на матрице РНК вируса. Название Lentivirus происходит от латинского слова lente — медленный. Такое название отражает одну из особенностей вирусов этой группы, а именно — медленную и неодинаковую скорость развития инфекционного процесса в макроорганизме. Для лентивирусов также характере длительный инкубационный период. ВИЧ обладает выраженной антигенной изменчивостью, значи­тельно превышающей таковую у вируса гриппа, что является одним из факторов, затрудняющих разработку методов специфической профилактики болезни.

Устойчивость

ВИЧ чрезвычайно чувствителен к внешним воздействиям, гибнет под действием всех известных дезинфектантов. Нагревание до 56 °С в течение 10 минут снижает инфекционность вируса, при нагревании до 70-80 °С он инактивируется через 10 мин, при кипячении — через 1 мин.

Вирионы чувствительны к действию 70% этилового спирта (инактивируются через 1 мин), 3% раствора перекиси водорода, 0,5% раствора формальдегида, 3% раствора хлорамина, эфира, ацетона и др. Устойчив при лиофильной сушке, воздействии ультрафиолетовых лучей и ионизирующей радиации. Хорошо переносит низкие температуры.

В нативном состоянии в крови на предметах внешней среды сохранят заразную способность до 14 дней, в высушенных субстратах – до 7 суток.

Эпидемиология ВИЧ-инфекции

 Единственным источником инфекции является ВИЧ-инфицированный человек на всех стадиях заболевания.

Ведущий фактор, обеспечивающий биологическое «процветание» ВИЧ-инфекции – многолетнее малосимптомное носительство вируса. В силу этого обстоятельства ВИЧ инфицированный человек в течение многих лет остается источником ВИЧ — инфекции (чаще всего нераспознанным)

В организме инфицированного человека ВИЧ с наибольшим постоянством и в наибольшем количестве обнаруживается в крови, сперме, вагинальном секрете, грудном молоке, цереброспинальной жидкости, лимфоидной ткани, в головном мозге и внутренних органах, в меньшей концентрации — в слезной жидкости, слюне, секрете потовых желез, что определяет особенности распространения возбудителя.

Пути передачи

Существует три основных пути передачи инфекции:

  • Парентеральный путь (через кровь) – заражение происходит при инъекционном введении инфицированных наркотических веществ, использовании нестерильных игл и шприцев, через необеззараженные многоразовые инструменты для маникюра/педикюра, тату, пирсинга.
  • Половой путь – заражение происходит при незащищенном половом контакте с ВИЧ-инфицированным. Наличие у человека инфекций передаваемых половым путем, увеличивает риск инфицирования ВИЧ в 10 раз.
  • Вертикальный, или внутриутробный путь — вирус передается от инфицированной матери ребенку во время беременности, родов, кормления грудью.

Диагностика

Течение ВИЧ-инфекции характеризуется длительным отсутствием существенных симптомов болезни.

Диагноз ВИЧ-инфекции ставится на основании лабораторных данных. В первые 3 месяца после заражения антитела к ВИЧ появляются у 90-95 % пациентов, через 6 мес. — у остальных 5-9 %, а в более поздние сроки  (до года) — только у 0,5-1 %. Первые 4-6 недели после инфицирования ВИЧ представляют собой «период серонегативного окна», когда антитела к ВИЧ не выявляются. Поэтому отрицательный результат тестирования на ВИЧ в этот период не означает, что человек не инфицирован ВИЧ и не может заразить других. На основании этого, при подозрении на инфицирование ВИЧ проводят обследование через 1, 3, 6 месяцев после момента предполагаемого инфицирования.

Метод иммуноферментного анализа (ИФА), выявление в крови антител к ВИЧ, является скрининговым. Для подтверждения специфичности результата, полученного в ИФА, используется реакция иммунного блоттинга (ИБ), принцип которой заключается в выявлении антител к целому ряду белков вируса. До получения положительного результата в ИБ и при отрицательном результате человек считается здоровым, противоэпи­демические мероприятия не проводят.

Для определения прогноза и тяжести ВИЧ-инфекции большое значение имеет определение «вирусной нагрузки» — количества ко­пий РНК ВИЧ в плазме методом полимеразной цепной реакции (ПЦР).  

Лечение

До сих пор не найдены средства для проведения профилактических прививок против ВИЧ-инфекции и для полного излечения ВИЧ-инфицированных больных.

В настоящее время существуют лекарственные средства, способные снизить темп и остановить прогрессирование ВИЧ-инфекции – антиретровирусные препараты.

Антиретровирусная терапия является неотъемлемой и важнейшей частью комплексной терапии ВИЧ-инфекции, которая также включает лечение и профилактику оппортунистических инфекций, патогенетическую, иммунокорригирующую, симптоматическую, общеукрепляющую терапию и психосоциальную помощь. Целью антиретровирусной терапии больных ВИЧ-инфекцией является максимальное и продолжительное угнетение репликации вируса, восстановление и/или сохранение функции иммунной системы, уменьшение числа осложнений, улучшение качества и продление жизни, снижение связанной со СПИДом заболеваемости и смертности. В связи с тем, что ВИЧ угнетает иммунную систему, важное значение придается поддержанию здоровья ВИЧ-положительного немедикаментозными средствами (правильное и рациональное питание, здоровый сон, избегание стрессов, перегревания и переохлаждения организма, здоровый образ жизни), а также регулярный мониторинг состояния здоровья у врачей-специалистов в области ВИЧ/СПИД.

Профилактика

Специфических средств профилактики ВИЧ-инфекции в настоящее время в мире не существует. Поэтому защита от ВИЧ/СПИД в подавляющих случаях зависит от поведения и образа жизни самого человека.

Алгоритм безопасного поведения.

  • Пользоваться только личными предметами гигиены (зубные щетки, бритвы, лезвия и маникюрные принадлежности и т.д.).
  • Требовать применения стерильного инструментария при обслуживании в различных учреждениях и организациях. Косметические процедуры (татуировки, пирсинг, маникюр, педикюр) проводить только в специальных учреждениях, имеющих лицензию на их проведение.
  • При случайных половых контактах пользоваться презервативом. Избегать половых связей с людьми, употребляющими наркотики.
  • Приучать себя и своего партнера систематически и правильно пользоваться презервативом; это поможет снизить вероятность заражения СПИДом, предохранит от венерических заболеваний и нежелательной беременности.
  • Не употреблять инъекционные наркотики.

Где можно пройти тест на ВИЧ?

Обследоваться на ВИЧ-инфекцию, в том числе добровольно и анонимно, можно в любом учреждении здравоохранения г. Минска. До и после теста Вы получите консультацию специалиста, который объяснит результат теста и ответит на интересующие Вас вопросы.

Антитела к ВИЧ-1/2 и антиген ВИЧ-1/2 (HIV Ag/Ab Combo)

ВАЖНО!

Информацию из данного раздела нельзя использовать для самодиагностики и самолечения. В случае боли или иного обострения заболевания диагностические исследования должен назначать только лечащий врач. Для постановки диагноза и правильного назначения лечения следует обращаться к Вашему лечащему врачу.

Напоминаем вам, что самостоятельная интерпретация результатов недопустима, приведенная ниже информация носит исключительно справочный характер.

Антитела к ВИЧ-1/2 и антиген ВИЧ-1/2 (HIV Ag/Ab Combo): показания к назначению, правила подготовки к сдаче анализа, расшифровка результатов и показатели нормы.

ВИЧ-инфекция — инфекционная болезнь, развивающаяся в результате многолетнего персистирования (постоянного пребывания) в лимфоцитах, макрофагах и клетках нервной ткани вируса иммунодефицита человека (далее — ВИЧ), характеризующаяся медленно прогрессирующим дефектом иммунной системы, который приводит к гибели больного от вторичных поражений, описанных как синдром приобретенного иммунодефицита (далее — СПИД).

На сегодняшний день зарегистрировано 4 разновидности этого вируса, которые отличаются строением своей оболочки. Клинически значимыми (наиболее распространенными) считаются вирусы иммунодефицита человека 1 и 2 типов.

ВИЧ (Вирус Иммунодефицита Человека) – вирус, относящийся к семейству ретровирусов (семейство РНК-содержащих вирусов, заражающих преимущественно позвоночных), который поражает клетки иммунной системы человека. Через несколько недель с момента заражения начинают вырабатываться антитела к ВИЧ.


Показания на проведение исследования


Показаниями для назначения анализа является подготовка к госпитализации и плановому оперативному вмешательству. В профилактических целях следует провести исследование при подозрении на заражение при половом контакте. В первую очередь это касается лиц групп риска: употребляющих наркотики, вводимые внутривенно, часто меняющих половых партнеров и не использующих средств защиты.

Вирус иммунодефицита человека размножается в организме человека достаточно медленно, и количественный результат в отношении антигенов и антител к вирусу можно получить, как правило, не ранее чем через 3-6 недель после инфицирования. При этом клинические симптомы заболевания еще отсутствуют.

Через три месяца антигены ВИЧ и антитела к вирусу определяются практически у всех заболевших. Благодаря появлению новых комбинированных тест-систем четвертого поколения получение точного результата качественного анализа на ВИЧ-инфекцию возможно уже через две недели с момента попадания вируса в организм. При этом исследовании выявляют антиген р24 ВИЧ – белок вирусного капсида (внешней оболочки вируса).

Анализ на антитела к ВИЧ 1/2 и антиген ВИЧ 1/2 назначают на этапе планирования и при ведении беременности, когда возможна передача вируса плоду. Анализ проводят и после родов, поскольку ребенок ВИЧ-положительной матери может быть инфицирован во время прохождения через родовые пути и при кормлении грудью.

Лихорадка, потеря веса без объективных причин, повышенная утомляемость, увеличение регионарных лимфатических узлов, потливость, особенно в ночное время, длительный кашель, диарея – эти устойчивые клинические симптомы неясного происхождения, отмечаемые в течение 2-3 недель, также служат показанием к проведению исследования на антитела к ВИЧ 1/2 и антиген ВИЧ 1/2.

Кожные проявления также могут быть симптомом ВИЧ-инфекции, поскольку развиваются на фоне ослабления иммунитета. К их числу относится рецидивирующая герпетическая сыпь, поражающая обширные участки кожи, полость рта, половые органы. Герпес поражает и глубокие слои кожи с развитием язвенно-некротической формы. Образуются язвы и эрозии с последующим образованием рубцов, которых не бывает при обычном герпесе.

Еще один характерный симптом ВИЧ-инфекции – волосатая лейкоплакия, которая связана с активацией латентной инфекции, вызванной вирусом Эпштейна-Барр (что свидетельствует об иммуносупрессии). Заболевание проявляется нитевидными образованиями белого цвета с дальнейшим ороговением пораженных участков языка и слизистой оболочки рта.

Обширные грибковые поражения (в первую очередь дрожжевыми грибками рода Candida) также служат типичным признаком, сопровождающим ВИЧ-инфекцию. Сначала кандидоз поражает слизистую оболочку рта и пищевода, затем распространяется на слизистые желудочно-кишечного и мочеполового тракта. При этом формируются обширные очаги, характеризующиеся болезненностью и склонностью к изъязвлению.

ВИЧ-инфекция может сопровождаться развитием обширного папилломатоза. У ВИЧ-инфицированных женщин папилломы цервикального канала склонны быстро вызывать рак шейки матки.

СПИД-индикаторным заболеванием служит саркома Капоши – многоочаговая сосудистая опухоль, которая поражает кожные покровы и слизистые оболочки. Ее очаги в виде красноватых или буроватых узелков и бляшек сливаются, быстро распространяясь по всему телу. Со временем они образуют опухолевые поля, которые изъязвляются и нагнаиваются.

К числу патологических состояний, которые почти у всех пациентов сопровождают ВИЧ-инфекцию, относят полиаденопатию (увеличение лимфатических узлов). Как правило, в первую очередь увеличиваются под- и надключичные, подбородочные, околоушные и шейные лимфоузлы. В дальнейшем к ним может присоединяться увеличение паховых и бедренных лимфатических узлов. Они могут быть мягкими или плотными на ощупь, безболезненными и подвижными. Иногда несколько лимфоузлов сливаются, образуя своеобразный конгломерат. Воспаление двух и более групп лимфоузлов считают признаком генерализованной лимфаденопатии. Поражение лимфатических узлов может наблюдаться в течение нескольких лет, при этом периоды обострения сменяются ремиссией.

К легочным заболеваниям, сопровождающим ВИЧ-инфекцию, относят туберкулез и пневмонию.

Анализ на антигены и антитела к ВИЧ рекомендуют сделать, если у пациента выявлены заболевания, передаваемые половым путем (сифилис, хламидиоз, гонорея, генитальный герпес, бактериальный вагиноз).



Подготовка к исследованию

ᐉ Расшифровка аббревиатуры ВИЧ и СПИД. Отличия ВИЧ от СПИДа.

Чтобы лучше понять, что такое ВИЧ и СПИД и как они связаны, необходимо рассмотреть несколько определений.

Что такое ВИЧ?

ВИЧ — это ретровирус, который атакует иммунную систему, которая является естественной защитой нашего организма от болезней. Вирус уничтожает тип белых кровяных клеток в иммунной системе, которые называются Т-помощниками, и делает копии самого себя внутри этих клеток. Т-помощники ещё называют — клетки CD4.

Как расшифровывается ВИЧ.

Индивидуальные онлайн консультации врача-эпидемиолога с 16-летним стажем работы в ведущем СПИД-центре России Троцак Вячеслава Юрьевича

  • по рискам заражения ВИЧ при различных контактах,
  • когда уже можно перестать сдавать на ВИЧ и начать жить,
  • нужно ли ещё сдавать на ВИЧ,
  • на какие виды тестов необходимо сдать в данной конкретной ситуации:

ПОЛУЧИТЬ КОНСУЛЬТАЦИЮ:

Поскольку ВИЧ уничтожает очень много клеток CD4 и делает огромное количество копий самого себя, он постепенно разрушает иммунную систему человека. Это означает, что человеку зараженному ВИЧ, который не получает лечения, будет все труднее и труднее бороться с инфекциями и болезнями.

Что такое ретровирус?

Ретровирус включает слово «ретро», потому что он перезаписывает (транскрибирует) свой генетический код в обратном порядке. В большинстве живых организмов генетический материал клетки кодируется от ДНК до РНК.

Ретровирус уникален тем, что он функционирует в противоположном направлении, используя свое кодирование РНК для производства ДНК в зараженной клетке.

Этапы жизненного цикла ВИЧ

Когда это происходит, вновь полученная ДНК вставляется в ядро клетки-хозяина, эффективно используя ее генетический механизм, чтобы создать множество своих копий, каждая из которых способна инфицировать и убить множество других клеток-хозяев.

ВИЧ преимущественно нацелен на лейкоциты, называемые «вспомогательными» Т-клетками. Главными среди них являются CD4 Т-клетки, работа которых заключается в том, чтобы вызвать иммунный ответ организма.

Систематически истощая эти иммунные клетки, ВИЧ уменьшает способность организма идентифицировать и нейтрализовать вторгающиеся вирусы, а также множество других агентов (например, вирусных, бактериальных, паразитарных), от которых он мог бы защитить себя.

Если ВИЧ-инфекцию не лечить, то через 10-15 лет, а может и того меньше иммунная система будет полностью разрушена. Твитнуть

Тем не менее этот срок условен! Он верен для большинства ВИЧ-инфицированных, но не для всех. Потому что скорость прогрессирования ВИЧ-инфекции зависит от возраста, здоровья и условий жизни.

Основные факты о ВИЧ
  1. ВИЧ — расшифровывается как вирус иммунодефицита человека.
  2. Существует эффективное антиретровирусное лечение (АРВТ), поэтому люди с ВИЧ могут жить нормальной, здоровой жизнью.
  3. Чем раньше выявлен ВИЧ, тем лучше: тем раньше можно начать лечение и продлить своё здоровье на максимальный срок.
  4. ВИЧ содержится в сперме, крови, вагинальных и анальных жидкостях и грудном молоке.
  5. ВИЧ не может передаваться через пот, слюну или мочу.
  6. Использование мужских или женских барьерных средств защиты во время соития является лучшим способом профилактики ВИЧ и других инфекций, передающихся половым путем.
  7. Если Вы вынуждены употреблять внутривенные психоактивные вещества, всегда используйте чистую иглу и шприц и никогда не делитесь ими и не используйте после кого-то (использованные).
  8. Если Вы беременны и живете с ВИЧ, вирус в Вашей крови может передаться Вашему ребенку во время беременности (например при болезни плаценты), родов  или после рождения ребенка через грудное вскармливание. Лечение ВИЧ-инфекции у матери и приём ребенком курса профилактического сиропа АРВ (антиретровирусного) препарата практически устраняет этот риск.

ВИЧ — это вирус (маленькое очень хитрое существо) иммунодефицита (поражает иммунитет) человека (есть обезьяньи, кошачьи ВИЧи, но они не вредны для человека, а этот именно человеческий).

Но если у человека ВИЧ, это не значит, что у него СПИД!

СПИД — это последняя стадия развития ВИЧ-инфекции, которую вызывает ВИЧ.

ВИЧ-инфекция состоит из трех стадий:

  1. Острая стадия, возникает через несколько недель после заражения ВИЧ (развивается не у всех, а кто-то просто её пропускает, думает, что была простуда).
  2. Скрытая стадия (латентная), хроническая.
  3. Стадия появления дополнительных заболеваний (кандидоз ротовой полости, пищевода, саркома Капоши и много других, которыми человек с нормальным иммунитетом не болеет) в результате иммунодефицита приводящие к СПИДу.

ВИЧ снижает количество CD4 T-лимфоцитов, что приводит к ослаблению иммунитета. Нормальный уровень количества CD4 T-лимфоцитов у взрослого человека  составляет 800-1000 клеток в 1 мм3. При снижении количества CD4 T-лимфоцитов ниже 200 кл/мм3 развивается СПИД.

ВИЧ — это вирус. СПИД — это состояние.

 Что такое СПИД?

СПИД — это не вирус!, а комплекс симптомов (или синдром), вызванных вирусом ВИЧ.

У ВИЧ-инфицированного развивается СПИД, когда его иммунная система слишком слаба, чтобы бороться с инфекцией, и у него развиваются характерные симптомы и болезни.

СПИД — это последняя стадия ВИЧ-инфекции, когда инфекция уже нанесла непоправимый урон организму. И если её не лечить, она приведет к смерти.

Расшифровка аббревиатуры СПИД.
Основные факты о СПИДе
  1. СПИД — синдром приобретенного иммунодефицита.
  2. СПИД также называют ВИЧ-инфекцией или поздней стадией ВИЧ.
  3. СПИД — это совокупность симптомов и болезней. Которые развиваются в результате прогрессирования ВИЧ-инфекции, которая разрушила иммунную систему.
  4. Лечение ВИЧ означает, что все больше людей остаются в хорошем состоянии. И людей, заболевших СПИДом, становится все меньше.

В настоящее время нет лекарства избавляющего от ВИЧ. Но с правильным лечением и уходом, люди с ВИЧ могут жить долгой и здоровой жизнью.

Для этого особенно важно правильно принимать лечение и устранять возможные побочные эффекты.

СПИД не являются болезнью как таковой. СПИД- это стадия ВИЧ-инфекции, когда иммунная система организма находится в серьезной опасности.

Технически СПИД определяется либо по количеству CD4 — менее 200 клеток на микролитр (мкл) (в норме значения CD4 варьируются в среднем от 800 до 1600 клеток на мкл.), либо по СПИД-индикаторным заболеваниям (СПИД-ассоциируемым заболеваниям).

СПИД-индикаторные заболевания
Заболевания при которых для постановки диагноза СПИД
не требуется лабораторное подтверждение.

  1. Кандидоз пищевода, бронхов или легких.
  2. Внелегочной криптококкоз (европейский бластомикоз).
  3. Криптоспородиоз с диареей, продолжающейся более 1 мес.
  4. Цитомегаловирусные поражения каких-либо органов ( за исключением печени, селезенки и лимфатических узлов) у больного старше 1 мес.
  5. Инфекция, обусловленная вирусом простого герпеса с язвенным поражением на коже и/или слизистых оболочках, которые персистируют дольше 1 мес.; герпетические бронхиты, пневмонии, или эзофагиты любой продолжительности у больного старше 1 мес.
  6. Саркома Капоши у больного моложе 60 лет
  7. Лимфома головного мозга у больного моложе 60 лет
  8. Лимфоцитарная интерстициальная пневмония и/или легочная лимфоидная гиперплазия у детей в возрасте до 14 лет
  9. Диссеминированная инфекция, вызванная бактериями группы Mycobakterium avium intercellulare или M. kansassii с поражением различных органов (за исключением или помимо легких, кожи, шейных или прикорневых лимфатических узлов)
  10. Пневмоцистная пневмония
  11. Прогрессирующая многоочаговая лейкоэнцефалопатия
  12. Токсоплазмоз ЦНС у больных старше 1 мес.

Заболевания при которых для постановки диагноза СПИД
требуется лабораторное подтверждение

  1. Бактериальные инфекции, сочетанные или рецидивирующие у детей до 14 лет (более 2 случаев за 2 года наблюдения): септицемия, пневмония, менингит, поражения костей и суставов
  2. Кандидомикоз диссеминированный (внелегочная локализация)
  3. ВИЧ-энцефалопатия (“ВИЧ-деменция”, “СПИД-деменция”)
  4. Гистоплазмоз диссеминированный с внелегочной локализацией
  5. Изоспориоз с диареей, персистирующий более 1 мес.
  6. Саркома Капоши у людей старше 60 лет
  7. Лимфома головного мозга (первичная) у людей старше 60 лет
  8. Другие В-клеточные лимфомы (за исключением болезни Ходжкина) или лимфомы неизвестного иммунофенотипа
  9. Микобактериоз диссеминированный (не туберкулез) с поражением помимо легких, кожи, шейных или прикорневых лимфатических узлов
  10. Туберкулез внелегочной (с поражением органов помимо легких)
  11. Сальмонеллезная септицемия рецидивитрующая, обусловленная не S. thyphi
  12. ВИЧ-дистрофия (истощение, резкое похудание)

Если ВИЧ-инфекцию в стадии СПИДа не лечить, среднее время жизни человека со СПИДом составляет от шести до 19 месяцев.

С другой стороны, пациент во время начавший антиретровирусную терапию (АРТ), может достичь ожидаемой продолжительности жизни, равной продолжительности жизни населения в целом.

В конечном счете, лечение является ключом к предотвращению заболеваний, связанных с ВИЧ, и восстановлению эффективности иммунной системы.

Даже у людей с прогрессирующим заболеванием применение АРТ может подавлять способность ВИЧ реплицироваться, что позволяет Т-клеткам CD4 вновь заселяться до почти нормальных (а в некоторых случаях нормальных) уровней.

Кроме того, исследование, проведенное в рамках американского проекта «Стратегические сроки назначения антиретровирусного лечения» (START), пришло к выводу, что раннее начало АРТ позволило снизить на 53% риск заболеваний, связанных как с ВИЧ, так и не связанных с ВИЧ.

В результате этих и других исследований очевидна необходимость внедрения АРТ независимо от количества CD4 человека, стадии заболевания, местоположения или дохода.

Как расшифровывается слово СПИД?

СПИД расшифровывается как синдром (совокупность характерных симптомов) приобретенного (то есть, не врожденный, человек рождается без СПИДа, но приобретает его в течение жизни) иммунодефицита (ослабление защитных сил организма — иммунитета).

Для развития СПИДа необходим ВИЧ.

ВИЧ — это вирус. СПИД — это состояние.

Как быстро развивается СПИД?

Как быстро ВИЧ разрушит организм до стадии СПИДа зависит от самого организма, его состояния иммунитета, вида ВИЧ (субтипа, они тоже между собой разные бывают по разрушительной силе), своевременности выявления ВИЧ, назначения правильных антиретровирусных лекарств.

Без лечения человек может прожить в среднем 10 лет. С лекарствами можно прожит относительно нормально всю отмеренную жизнь, правда придется есть каждый день таблетки, которые вызывают кучу побочных эффектов (например Дженова, Трувада), но между двух зол — таблетки зло меньшее. Нужно очень внимательно выбирать врача, который будет назначать АРВТ (антиретровирусную терапию).

ВИЧ нельзя полностью уничтожить в организме (мы можем убить его в крови (поэтому и возможно рождение здорового ребенка от ВИЧ плюс матери), но он прячется в клетку, где он недоступен для уничтожения, иначе мы погубим клетку, а значит и весь организм). Но ВИЧ можно контролировать с помощью специальных лекарств против ВИЧ — антиретровирусной терапии («тера» — сленг), АРВТ.

Также нет лекарства, которое бы избавляло от СПИДа, но вылечивать сопутствующие СПИДу заболевания вполне возможно.

Чем больной СПИДом отличается от ВИЧ-инфицированного?

ВИЧ-инфицированный без стадии СПИДа выглядит как обычный здоровый человек. ВИЧ-инфицированный в стадии СПИДа выглядит так: фото больных СПИДом.

Дополнительно почитать:

Ещё можно почитать:

Расшифровка устойчивости к ВИЧ: от генотипа к терапии

Обзор

. 2017 сентябрь; 9 (13): 1529-1538. DOI: 10.4155 / fmc-2017-0048. Epub 2017 9 августа.

Принадлежности Расширять

Принадлежности

  • 1 Биологический факультет Университета штата Джорджия, а / я 4010, Атланта, Джорджия, 30302-4010, США.
  • 2 Департамент компьютерных наук, Государственный университет Джорджии, Атланта, Джорджия 30303, США.
Бесплатная статья PMC

Элемент в буфере обмена

Обзор

Ирен Т. Вебер и др. Future Med Chem. 2017 сен.

Бесплатная статья PMC Показать детали Показать варианты

Показать варианты

Формат АннотацияPubMedPMID

. 2017 сентябрь; 9 (13): 1529-1538. DOI: 10.4155 / fmc-2017-0048.Epub 2017 9 августа.

Принадлежности

  • 1 Биологический факультет Университета штата Джорджия, а / я 4010, Атланта, Джорджия, 30302-4010, США.
  • 2 Департамент компьютерных наук, Государственный университет Джорджии, Атланта, Джорджия 30303, США.

Элемент в буфере обмена

Полнотекстовые ссылки Опции CiteDisplay

Показать варианты

Формат АннотацияPubMedPMID

Абстрактный

Генетическая изменчивость ВИЧ представляет собой серьезную проблему для предотвращения и лечения пандемии СПИДа.Устойчивость возникает в результате мутаций в целевых белках, которые снижают сродство к лекарству или изменяют динамику белка, тем самым обеспечивая репликацию вируса в присутствии лекарственного средства. Из-за преобладания штаммов, устойчивых к лекарствам, рекомендуется мониторинг генотипа инфекционного вируса. Обсуждаются вычислительные подходы к прогнозированию резистентности по данным генотипа и лечению. Многие методы прогнозирования основаны на правилах, полученных на основе известных мутаций, связанных с устойчивостью, однако статистическое или машинное обучение может повысить точность классификации и оценить неизвестные мутации.Добавление классификаторов, таких как информация об атомной структуре белка, может еще больше улучшить прогнозы.

Ключевые слова: ВИЧ / СПИД; антиретровирусная терапия; мутации лекарственной устойчивости; расшифровка генотипа; ингибитор переноса цепи интегразы; ненуклеозидный ингибитор обратной транскриптазы; нуклеозидный ингибитор обратной транскриптазы; ингибитор протеазы; контролируемое машинное обучение.

Заявление о конфликте интересов

Раскрытие информации о финансовых и конкурирующих интересах

Исследование авторов частично поддержано грантом U01 GM062920, присужденным NIH. Авторы не имеют других соответствующих аффилированных или финансовых отношений с какой-либо организацией или юридическим лицом, имеющим финансовый интерес или финансовый конфликт с предметом или материалами, обсуждаемыми в рукописи, кроме тех, которые раскрыты.

При создании этой рукописи не использовались письменные помощники.

Цифры

Рисунок 1. . Структура обратной транскриптазы и…

Рисунок 1.. Структура обратной транскриптазы и сайты устойчивых мутаций.

Картированные местоположения мутаций, связанных с устойчивостью…

Рисунок 1. . Структура обратной транскриптазы и сайты устойчивых мутаций.

Расположение мутаций, связанных с устойчивостью, картированных на гетеродимере обратной транскриптазы ВИЧ в комплексе с лерсивирином ННИОТ (PDB: 2WOM). (A) Гетеродимер обратной транскриптазы. Две субъединицы показаны в виде светло-серых и темно-серых лент с ННИОТ в черных связях. Сайты мутаций, связанных с устойчивостью к НИОТ, обозначены темно-серыми сферами на левой субъединице. Мутации, связанные с устойчивостью к ННИОТ, показаны справа светло-серым цветом [20]. (B) Расширенный сайт связывания ННИОТ с помеченными мутациями. (C) Расширенная область в левой субъединице с сайтами мутаций, связанных с мечеными НИОТ.ННИОТ: ненуклеозидный ингибитор ОТ; НИОТ: нуклеозидный ингибитор ОТ; ТАМ: мутация, связанная с аналогом тимидина.

Рисунок 2. . Димер протеазы с указанием сайтов…

Рисунок 2. . Димер протеазы, показывающий сайты мутаций устойчивости.

(A) Основные и второстепенные мутации, связанные…

Рисунок 2. . Димер протеазы, показывающий сайты мутаций устойчивости.

(A) Основные и второстепенные мутации, связанные с устойчивостью. Расположение ассоциированных с устойчивостью мутаций, картированных на димере протеазы ВИЧ, связанном с DRV (PDB: 2IEN).Димер протеазы показан лентами, а DRV — черными полосками. Места мутаций, связанных с лекарственной устойчивостью [20], обозначены сферами. Мутации, изменяющие связывание ингибитора, показаны темно-серым цветом, а мутации, влияющие на стабильность димера или динамику лоскута, показаны светло-серым цветом на левой субъединице. Дистальные мутации с плохо определенными эффектами показаны серым цветом на правой субъединице. ДРВ: Дарунавир.

Рисунок 3.. Область каталитического ядра…

Рисунок 3. . Каталитический основной домен ВИЧ интегрируется с сайтами мутаций устойчивости. Рисунок 3. . Каталитический основной домен ВИЧ интегрируется с сайтами мутаций устойчивости.

Места мутаций устойчивости, картированные на каталитическом коровом домене интегразы ВИЧ (PDB: 1QS4). Основной домен показан в виде лент с ингибитором в черных полосках. Места мутаций обозначены сферами светло-серого цвета для основных мутаций и темно-серого цвета для второстепенных или дополнительных мутаций.

Рисунок 4.. Триангуляция ВИЧ по Делоне…

Рисунок 4. . Триангуляция Делоне протеазы ВИЧ.

График, построенный на основе кристаллической структуры ВИЧ…

Рисунок 4. . Триангуляция Делоне протеазы ВИЧ.

График, построенный на основе кристаллической структуры протеазы ВИЧ, как описано в [76].

Похожие статьи

  • Изменение вирусной пригодности и лекарственной чувствительности ВИЧ-1, несущих мутации, которые придают устойчивость к ненуклеозидной обратной транскриптазе и ингибиторам переноса цепи интегразы.

    Ху З, Курицкес ДР.Ху Зи и др. J Virol. 2014 Август; 88 (16): 9268-76. DOI: 10.1128 / JVI.00695-14. Epub 2014 4 июня. J Virol. 2014 г. PMID: 24899199 Бесплатная статья PMC.

  • Автоматизированное прогнозирование лекарственной устойчивости ВИЧ по данным генотипа.

    Шен К., Ю Икс, Харрисон Р. В., Weber IT. Шен С. и др. BMC Bioinformatics. 31 августа 2016; 17 Дополнение 8 (Дополнение 8): 278. DOI: 10.1186 / s12859-016-1114-6.BMC Bioinformatics. 2016 г. PMID: 27586700 Бесплатная статья PMC.

  • Генотипирование ВИЧ-1 генов протеазы-обратной транскриптазы и интегразы для выявления мутаций, которые придают устойчивость к антиретровирусным препаратам.

    Ван ден Эде П., Ван Везенбек Л., Верлинден И., Фейертс М., Смитс В., Верхейен А., Ванхурен Л., Делооф А., Вилласиан Дж., Паттери Т. Van den Eede P, et al. Методы Мол биол.2013; 1030: 37-55. DOI: 10.1007 / 978-1-62703-484-5_5. Методы Мол биол. 2013. PMID: 23821259

  • Структурные и биохимические эффекты мутантов вируса иммунодефицита человека, устойчивых к ненуклеозидным ингибиторам обратной транскриптазы.

    Домаоал Р.А., Деметра Л.М. Domaoal RA, et al. Int J Biochem Cell Biol. 2004 сентябрь; 36 (9): 1735-51. DOI: 10.1016 / j.biocel.2004.02.026. Int J Biochem Cell Biol. 2004 г. PMID: 15183341 Рассмотрение.

  • Изучение влияния тестирования генотипической лекарственной устойчивости ВИЧ на эффективность терапии.

    Ван Веренберг К. Ван Веренберг К. Verh K Acad Geneeskd Belg. 2001; 63 (5): 447-73. Verh K Acad Geneeskd Belg. 2001 г. PMID: 11813503 Рассмотрение.

Процитировано

3 статьи
  • Эволюция лекарственной устойчивости протеазы ВИЧ.

    Шах Д., Фрис С., Вебер ИТ, Харрисон Р.В. Шах Д. и др. BMC Bioinformatics. 2020 30 декабря; 21 (Дополнение 18): 497. DOI: 10.1186 / s12859-020-03825-7. BMC Bioinformatics. 2020. PMID: 33375936 Бесплатная статья PMC.

  • Противовирусная терапия: достижения и перспективы.

    Gonçalves BC, Lopes Barbosa MG, Silva Olak AP, Belebecha Terezo N, Nishi L, Watanabe MA, Marinello P, Zendrini Rechenchoski D, Dejato Rocha SP, Faccin-Galhardi LC.Gonçalves BC, et al. Fundam Clin Pharmacol. 2021 Апрель; 35 (2): 305-320. DOI: 10.1111 / fcp.12609. Epub 2020 8 ноя. Fundam Clin Pharmacol. 2021 г. PMID: 33011993 Бесплатная статья PMC. Рассмотрение.

  • Кодировки и модели для классификации антимикробных пептидов для патогенов с множественной устойчивостью.

    Шпениг С., Хейдер Д. Spänig S, et al. Биоданные Мин. 2019 4 марта; 12: 7.DOI: 10.1186 / s13040-019-0196-х. Электронная коллекция 2019. Биоданные Мин. 2019. PMID: 30867681 Бесплатная статья PMC. Рассмотрение.

Типы публикаций

  • Научно-исследовательская поддержка, N.I.H., заочная форма

Условия MeSH

  • Антиретровирусные агенты / терапевтическое применение
  • Устойчивость к лекарствам, вирусы / генетика *
  • ВИЧ-инфекции / лекарственная терапия
  • ВИЧ-инфекции / генетика
  • Интеграза ВИЧ / химия
  • Интеграза ВИЧ / метаболизм
  • Протеаза / метаболизм ВИЧ
  • Обратная транскриптаза ВИЧ / антагонисты и ингибиторы
  • Обратная транскриптаза ВИЧ / метаболизм
  • Моделирование молекулярной динамики

Вещества

  • Обратная транскриптаза ВИЧ

LinkOut — дополнительные ресурсы

  • Источники полных текстов

  • Источники другой литературы

  • Медицинские

Расшифровка устойчивости к ВИЧ: от генотипа к терапии

Future Med Chem.2017 сен; 9 (13): 1529–1538.

Ирэн Т. Вебер

1 Департамент биологии Государственного университета Джорджии, а / я 4010, Атланта, Джорджия 30302-4010, США

Роберт У. Харрисон

2 Департамент компьютерных наук, Государственный университет Джорджии, Атланта, Джорджия 30303, США

1 Департамент биологии, Государственный университет Джорджии, PO Box 4010, Atlanta, GA 30302-4010, USA

2 Департамент компьютерных наук, Государственный университет Джорджии, Атланта, GA 30303, США

* Автор для переписки: тел.: +1 404 413 5411; Факс: +1 404 413 5301; [email protected]

Поступила в редакцию 27 февраля 2017 г .; Принято к печати 3 мая 2017 г.

Эта статья цитировалась в других статьях в PMC.

Abstract

Генетическая изменчивость ВИЧ представляет собой серьезную проблему для предотвращения и лечения пандемии СПИДа. Устойчивость возникает в результате мутаций в целевых белках, которые снижают сродство к лекарству или изменяют динамику белка, тем самым обеспечивая репликацию вируса в присутствии лекарственного средства. Из-за преобладания штаммов, устойчивых к лекарствам, рекомендуется мониторинг генотипа инфекционного вируса.Обсуждаются вычислительные подходы к прогнозированию резистентности по данным генотипа и лечению. Многие методы прогнозирования основаны на правилах, полученных на основе известных мутаций, связанных с устойчивостью, однако статистическое или машинное обучение может повысить точность классификации и оценить неизвестные мутации. Добавление классификаторов, таких как информация об атомной структуре белка, может еще больше улучшить прогнозы.

Ключевые слова: антиретровирусная терапия, мутации лекарственной устойчивости, интерпретация генотипа, ВИЧ / СПИД, ингибитор переноса цепи интегразы, ненуклеозидный ингибитор обратной транскриптазы, нуклеозидный ингибитор обратной транскриптазы, ингибитор протеазы, контролируемое машинное обучение

Повышенная распространенность наркотиков устойчивость — это проблема для успешного лечения и профилактики ВИЧ / СПИДа [1].По оценкам ВОЗ, этим вирусом инфицировано более 36 миллионов человек, и около половины из них получают антиретровирусное лечение [2]. Антиретровирусная терапия обычно включает комбинацию лекарств, которые ингибируют вирусные ферменты, обратную транскриптазу, протеазу и интегразу и / или блокируют проникновение вируса или слияние с клеткой-хозяином. Несмотря на успех антиретровирусных препаратов [3,4], ежегодно происходит около 2 миллионов новых случаев инфицирования [5]. В глобальном масштабе вирус представлен двумя основными типами, ВИЧ-1 и ВИЧ-2, которые подразделяются на несколько основных групп и подтипов.Генетическое разнообразие и высокая изменчивость ВИЧ представляют собой серьезную проблему для долгосрочной эффективности антиретровирусных препаратов и для разработки эффективных вакцин [6–9]. Вирус легко мутирует из-за его быстрой репликации, его подверженной ошибкам обратной транскриптазы, вирусной рекомбинации и эффектов факторов клетки-хозяина, особенно опосредованного APOBEC редактирования генов [10,11]. Низкий уровень приверженности к терапии и удержание пациентов — частые клинические проблемы, которые усугубляют развитие резистентности. Устойчивость к лекарствам усугубляется как профилактическим использованием лекарств [7,12], так и передаваемой устойчивостью, особенно в городских районах [13].Устойчивые варианты могут сохраняться в вирусных резервуарах и повторно появляться во время последующей терапии. Следовательно, рекомендуется проводить мониторинг резистентности для выбора лекарств для новых пациентов и тех, кто не проходит терапию [1,7,14].

Устойчивость может быть проверена с помощью анализа фенотипа или генотипа инфицирующего вируса. В анализе фенотипа репликация вируса с клинически полученной РНК измеряется в присутствии различных лекарств. Этот анализ дорогостоящий и требует много времени. Анализ генотипа включает секвенирование вирусного генома для выявления мутаций, связанных с устойчивостью, как описано в [15].Секвенирование и интерпретация генотипов — наиболее эффективная по стоимости и скорости процедура [16]. Технологии последовательностей следующего поколения, вероятно, повысят эффективность тестирования устойчивости и увеличат обнаружение редких вариантов [16,17].

Генетическая изменчивость ВИЧ

Генетическая изменчивость ВИЧ затрудняет анализ и интерпретацию анализа генотипа на устойчивость. ВИЧ можно рассматривать как квазивид, включающий генетические варианты, классифицируемые как ВИЧ-1, ВИЧ-2, их основные группы и подтипы внутри групп.Различные механизмы, вызывающие разнообразие последовательностей ВИЧ, рассмотрены в [10]. Помимо отсутствия точности обратной транскриптазы, вирусная рекомбинация между коинфекционными геномами вносит свой вклад в генетическое разнообразие. Более того, ферменты APOBEC клетки-хозяина действуют для редактирования генов путем дезаминирования цитозина и последующей мутации G в A. Изменения в масштабе всего генома были проанализированы для кодирующих белок регионов ВИЧ-1, ВИЧ-2, основных групп и подтипов из> 1700 инфицированных лиц [18]. Последовательности белка были более консервативными для капсида и трех ферментов, протеазы, обратной транскриптазы и интегразы, по сравнению с другими кодируемыми вирусами белками, матриксом, нуклеокапсидом, Vif, Vpr, Tat и Rev.Белок интегразы имел наименьшие различия среди разных клад ВИЧ. Вирусные белки с самой высокой генетической изменчивостью, как правило, взаимодействуют с большим количеством белков человека. Наиболее важно то, что высокая вариабельность белков оболочки GP120 и GP41 представляет проблему для разработки эффективной вакцины.

Масштаб проблемы продемонстрирован недавним всесторонним анализом> 100 000 последовательностей протеаз и обратной транскриптазы и> 10 000 последовательностей интегразы [19].Были выявлены естественные полиморфизмы, мутации, вызванные редактированием генов, опосредованным APOBEC, и мутации, возникающие под давлением лекарств. Мишени лекарств сильно варьировались. Отдельные аминокислотные позиции содержали> 1% вариантов в 34–47% последовательностей ферментов, причем протеаза показывала самые высокие вариации. Это исследование выявило более 300 неполиморфных мутаций, связанных с выбором лекарств.

Молекулярные механизмы резистентных мутантов

Резистентные штаммы задокументированы для всех лекарств, используемых в терапии и профилактике ВИЧ / СПИДа.Список отдельных мутаций, связанных с устойчивостью, был составлен и регулярно обновляется, как показано в последней версии [20]. Эти мутации устойчивости изменяют последовательность белка и трехмерную структуру, чтобы обеспечить репликацию вируса в присутствии лекарства. Мутации можно разделить на две категории: основные мутации, связанные с устойчивостью к одному или нескольким лекарствам; и второстепенные или дополнительные мутации, наблюдаемые в сочетании с основными мутациями. Основные мутации часто вредны для репликации вируса, однако определенные дополнительные мутации могут действовать для восстановления вирусной пригодности.Более того, исходные полиморфизмы могут действовать, увеличивая репликационную способность вирусных вариантов с основными мутациями [21].

Молекулярные механизмы, приводящие к лекарственной устойчивости, обобщены в [22,23]. Основными мишенями антиретровирусных препаратов являются три вирусных фермента: обратная транскриптаза, протеаза и интеграза. Устойчивость возникает благодаря двум основным механизмам: мутации остатков в сайте связывания ингибитора могут изменять размер, форму и химические свойства полости, тем самым уменьшая сродство связывания белка с ингибитором; и другие мутации могут изменить стабильность или конформационную динамику белка и усилить диссоциацию ингибитора.В обоих случаях мутантный фермент должен сохранять способность связывать субстрат и выполнять свою каталитическую реакцию, чтобы произвести новый инфекционный вирус.

Механизмы устойчивости были изучены в первую очередь для лекарственных мишеней обратной транскриптазы и протеазы ВИЧ. Ингибиторы этих двух ферментов используются в клинике с 1995 года, и физические и ферментативные свойства были проанализированы для многих устойчивых мутантов.

Устойчивость к ингибиторам обратной транскриптазы

Обратная транскриптаза ВИЧ выполняет важную функцию преобразования одноцепочечной вирусной геномной РНК в двухцепочечную ДНК для интеграции в геном клетки-хозяина.Обратная транскриптаза действует как гетеродимер субъединиц из 560 остатков (p66) и 440 остатков (p51). Субъединица p51 меньшего размера имеет ту же последовательность полимеразы, что и субъединица p66, но C-конец усечен перед доменом RNaseH. Ингибиторы обратной транскриптазы ВИЧ имеют решающее значение как для терапии, так и для доконтактной профилактики (PrEP) [12]. Ингибиторы делятся на два класса: нуклеотидные или нуклеозидные ингибиторы ОТ (НИОТ) и ненуклеозидные ингибиторы ОТ (ННИОТ). НИОТ представляют собой пролекарства, которые метаболизируются в активные формы дифосфата или трифосфата, которые являются конкурентными ингибиторами дезоксирибонуклеотидных субстратов.ННИОТ действуют как аллостерические ингибиторы, связываясь с отдельным сайтом обратной транскриптазы. Структура гетеродимера в комплексе с ННИОТ проиллюстрирована на рисунке A. Устойчивость возникает к обоим классам ингибиторов обратной транскриптазы. Мутации и их влияние на активность ферментов описаны в [24–26].

Структура обратной транскриптазы и сайты устойчивых мутаций.

Расположение мутаций, связанных с устойчивостью, картированных на гетеродимере обратной транскриптазы ВИЧ в комплексе с лерсивирином ННИОТ (PDB: 2WOM). (A) Гетеродимер обратной транскриптазы. Две субъединицы показаны в виде светло-серых и темно-серых лент с ННИОТ в черных связях. Сайты мутаций, связанных с устойчивостью к НИОТ, обозначены темно-серыми сферами на левой субъединице. Мутации, связанные с устойчивостью к ННИОТ, показаны справа светло-серым цветом [20]. (B) Расширенный сайт связывания ННИОТ с помеченными мутациями. (C) Расширенная область в левой субъединице с сайтами мутаций, связанных с мечеными НИОТ.

ННИОТ: ненуклеозидный ингибитор ОТ; НИОТ: нуклеозидный ингибитор ОТ; ТАМ: мутация, связанная с аналогом тимидина.

Сайт связывания ННИОТ находится рядом с активным сайтом полимеразы в субъединице p66 и содержит остатки как из p51 (E138), так и из p66 (L100, K101, K103, V106, T107, V108, V179, Y181, Y188, V189, G190). , P225, F227, W229, L234, P236 и Y318) субъединиц. Мутации примерно 70% аминокислот в сайте связывания ННИОТ вызывают устойчивость (B). Эти мутации действуют, изменяя взаимодействия с лекарствами, либо устраняя стабилизирующие взаимодействия, либо блокируя связывание ингибитора, и перекрестная резистентность является обычным явлением [22,27].

Устойчивость к НИОТ возникает по нескольким причинам. Существует два основных молекулярных механизма устойчивости: дискриминационные мутации и мутации, связанные с аналогом тимидина (ТАМ). Дискриминационные мутации повышают избирательность связывания природных субстратов, в то время как ТАМ повышают способность фермента вырезать неприродный монофосфат НИОТ, включенный в блокированный праймер ДНК. Сайты этих мутаций указаны в C. Конкретные комбинации мутаций придают высокий уровень перекрестной устойчивости ко всем или почти ко всем НИОТ.Комплекс Q151M (мутации A62V, V75I, F77L, F116Y и Q151M) демонстрирует улучшенную дискриминацию трифосфатных производных аналогов нуклеозидов. Встраиваемый комплекс 69 (M41K, A62V, 69ins, K70R, L210W, T215YF и K219QE) придает устойчивость ко всем NRTIS за счет повышения эксцизионной активности, в то время как комбинация TAM (M41L, D67N, K70R, L210W, T215YF и K219QE) вызывает устойчивость к все НИОТ, кроме эмтрицитабина и ламивудина. Кроме того, мутации могут изменять конформационную динамику белка, вызывая устойчивость [28].Комбинации мутаций и вставок могут вызвать устойчивость к нескольким НИОТ.

Два НИОТ, тенофовир дизопроксил фумерат и эмтрицитабин (FTC), используются в PrEP, а также в постконтактной антиретровирусной терапии. Исследования показывают, что использование PrEP связано с низким уровнем приобретенной устойчивости, в первую очередь у ранее инфицированных лиц [29,30]. В целом преимущества предотвращения передачи вируса намного перевешивают риски приобретения устойчивых штаммов вируса.

Устойчивость к ингибиторам протеаз

Протеаза ВИЧ играет важную роль в репликации вируса, преобразовывая предшественники Gag и Gag-Pol в отдельные вирусные ферменты и структурные белки.Протеаза каталитически активна в виде димера двух субъединиц из 99 остатков. Из-за своего небольшого размера протеаза подходит для различных биохимических и биофизических исследований. Ингибиторы протеазы ВИЧ связываются в полости активного сайта, как показано на рис. Они являются мощными противовирусными агентами и являются заметным успехом при разработке лекарств на основе структуры [31,32]. Девять ингибиторов протеазы одобрены для клинического применения. В настоящее время наиболее широко используются дарунавир, лопинавир и атазанавир, которые вводятся совместно с ритонавиром для повышения их концентрации в плазме.Клиническая резистентность связана с> 100 мутациями в гене протеазы [19], а различные лекарства вызывают различные паттерны мутаций [22,33]. Устойчивость к ингибиторам протеаз возникает из-за мутаций в протеазе и, в меньшей степени, в сайтах ее расщепления в субстратах полипротеинов Gag и Gag-Pol [20,34]. Основные мутации устойчивости снижают чувствительность к одному или нескольким лекарствам и часто снижают вирусную инфекционность, однако дополнительные мутации в протеазе и сайтах ее расщепления в белке-предшественнике Gag могут компенсировать потерю вирусной пригодности [34–36].Мутации в протеазе вызывают устойчивость за счет изменения сайта связывания ингибитора, интерфейса димера и дистальных сайтов (A). Недавние исследования нескольких групп подтверждают, что дистальные мутации действуют синергетически, обеспечивая устойчивость, изменяя динамику протеаз [37–44].

Димер протеазы с сайтами мутаций устойчивости.

(A) Основные и второстепенные мутации, связанные с устойчивостью. Расположение ассоциированных с устойчивостью мутаций, картированных на димере протеазы ВИЧ, связанном с DRV (PDB: 2IEN).Димер протеазы показан лентами, а DRV — черными полосками. Места мутаций, связанных с лекарственной устойчивостью [20], обозначены сферами. Мутации, изменяющие связывание ингибитора, показаны темно-серым цветом, а мутации, влияющие на стабильность димера или динамику лоскута, показаны светло-серым цветом на левой субъединице. Дистальные мутации с плохо определенными эффектами показаны серым цветом на правой субъединице.

ДРВ: Дарунавир.

Комбинации множественных мутаций также увеличивают конформационную динамику димера протеазы, а также снижают сродство связывания с ингибитором.Основываясь на наших и других исследованиях, мы предположили, что для высокого уровня устойчивости к ингибиторам протеазы требуется до 20 мутаций в протеазе [33,45], примером чего являются варианты с более чем в 1000 раз более низкой аффинностью связывания с дарунавиром и другими лекарствами. Эти варианты демонстрируют различные образцы из 14–20 мутаций. Исследования высокорезистентных мутантов показывают, что высокий уровень устойчивости может развиваться с помощью различных механизмов и различных комбинаций мутаций. Несколько мутантов из клинической практики демонстрируют потерю взаимодействий со связанными ингибиторами, что согласуется с более чем 1000-кратным снижением аффинности связывания с ингибиторами [43,46].Наша подробная структурная, биохимическая и биофизическая характеристика двух множественных мутантов, PR20 и PRS17, из клинических изолятов дала понимание молекулярных механизмов устойчивости [43,44,47,48]. PR20 несет 19 мутаций относительно фермента дикого типа и проявляет аффинность связывания> 40 нМ с тестируемыми клиническими ингибиторами, что на несколько порядков хуже, чем у ферментов дикого типа. Мутации действуют синергетически, увеличивая полость для связывания ингибитора и увеличивая конформационную изменчивость лоскутов, сохраняя при этом эффективный катализ расщепления предшественника.PRS17 с 17 мутациями (L10I, K20R, E35D, M36I, S37D, M46L, G48V, I54V, D60E, I62V, L63P, A71V, I72V, V77I, V82S, L90M I93L) был выведен алгоритмами машинного обучения для представления широкого класса высокоустойчивые протеазы в большом наборе данных генотипа / фенотипа [49]. Этот мутант показал аффинность связывания 11-8000 нМ с клиническими ингибиторами, несмотря на наличие только одной мутации (V82S) в области активного сайта (B) [48]. Структурные исследования PRS17 не показали значительных изменений во взаимодействии с дарунавиром, однако лоскуты обладали повышенной подвижностью в отсутствие ингибитора [44].Отбор по конформации с открытым откидным створком предлагается изменить ландшафт укладки мутантов с высокой лекарственной устойчивостью, чтобы избежать ловушки свободной энергии связанного с ингибитором фермента [42]. Измененное динамическое равновесие между открытой и закрытой конформациями димера протеазы может быть общим механизмом высокого уровня лекарственной устойчивости.

Устойчивость к ингибиторам интегразы

Интеграза ВИЧ — это фермент, который встраивает провирусную ДНК в геном клетки-хозяина. Интеграза состоит из 288 аминокислот, которые складываются в три домена, центральный каталитический коровой домен, фланкированный меньшими N-концевыми и C-концевыми доменами.Один из последних классов лекарств связывается с каталитическим ядром интегразы и действует как ингибиторы реакции ингибиторов переноса цепи интегразы (INSTI). Эти препараты очень эффективны в терапии, хорошо переносятся, обладают низкой токсичностью и рекомендуются для лечения недавно инфицированных пациентов. Обзор резистентных мутаций, отобранных INSTI, можно найти в [50]. INSTI второго поколения, долутегравир, особенно перспективен для успешной терапии из-за его благоприятных фармакокинетических свойств и высокого генетического барьера для устойчивости [51,52].Варианты с устойчивостью к долутегравиру демонстрируют потерю репликативной способности, однако этот препарат был одобрен только в 2013 году, и варианты с высокой устойчивостью, возможно, еще не появились. Структура каталитического корового домена интегразы в комплексе с ингибитором и сайты резистентных мутаций показаны в [53]. Взаимодействия активного центра интегразы с вирусной ДНК важны для реакции и устойчивости к INSTI [54]. Однако наши знания о молекулярных механизмах устойчивости к INSTI ограничены отсутствием кристаллической структуры интактного фермента с его субстратами ДНК.Вместо этого структура пенистой вирусной интасомы была использована в качестве модели для комплекса интегразы ВИЧ с вирусной ДНК [55]. Большинство мутаций, связанных с устойчивостью к INSTI, изменяют остатки в каталитическом коровом домене рядом с каталитическими остатками D64, D116 и E152 и связанным ингибитором (). Следовательно, эти мутации могут влиять на связывание ингибиторов, субстратов ДНК или каталитическую реакцию. Недавнее сообщение о криоэлектронной микроскопии структуры интегразы ВИЧ-1 с вирусной ДНК в интасоме дает новое понимание механизма интеграции и может помочь в разработке новых ингибиторов [56].

Каталитический основной домен ВИЧ интегрируется с сайтами мутаций устойчивости.

Места мутаций устойчивости, картированные на каталитическом коровом домене интегразы ВИЧ (PDB: 1QS4). Основной домен показан в виде лент с ингибитором в черных полосках. Места мутаций обозначены сферами светло-серого цвета для основных мутаций и темно-серого цвета для второстепенных или дополнительных мутаций.

Прогнозирование устойчивости по генотипу

Огромное количество и разнообразие мутаций в клинических изолятах является серьезным препятствием для современных методов лечения путем генотипирования инфекционного вируса [19].Вычислительные подходы необходимы для систематического изучения ряда последовательностей, ведущих к высокорезистентному ВИЧ. Алгоритмы должны быть разработаны для обработки огромного количества последовательностей генома, возникающих из-за разнообразия ВИЧ, а также связанных показателей устойчивости. Следовательно, анализ геномов ВИЧ и прогнозирование устойчивости подпадает под вычислительную задачу больших данных из-за размера проблемы и присущей ей изменчивости. Особое внимание следует уделить хранению данных, представлению и эффективности анализа.Многие методы статистического анализа не могут справиться с проблемами масштаба данных генотипа ВИЧ с последовательностями от нескольких тысяч до более чем 100 000 и соответствующими показателями устойчивости или клинических факторов.

Несколько групп разрабатывают автоматизированные методы прогнозирования лекарственной устойчивости на основе данных последовательности генотипа ВИЧ, как описано в [57,58]. В этих методах используются два общих метода: системы интерпретации генотипов на основе правил и алгоритмы статистического машинного обучения [57]. Методы, основанные на правилах, кодифицируют свои прогнозы на основе небольшого числа правил, которые выбираются вручную или полу-вручную для воспроизведения корреляций между данными последовательности и лекарственной устойчивостью.Широко используемая система интерпретации генотипов в HIVdb [59] является примером метода, основанного на правилах. Основным недостатком методов, основанных на правилах, является их неспособность к обобщению при наличии новых данных. Методы, основанные на правилах, используемые с ВИЧ, сосредоточены на ограниченном наборе известных основных мутаций. Эффекты несущественных мутаций изучены менее ясно, а вирусные подтипы могут различаться по устойчивости, как показано в нескольких исследованиях [60–62]. Статистическое или машинное обучение применяется для прогнозирования устойчивости генов geno2pheno [63,15] и механизма прогнозирования EuResist для терапии [64].

Машинное обучение с учителем извлекает взаимосвязь или корреляцию между зависимыми данными (метками) и независимыми данными (функциями) [65]. Выявленная корреляция может быть причинной или непричинной, а искусство машинного обучения заключается в выборе значимых функций для выявления причинно-следственных связей. Как правило, это означает выбор минимального набора характеристик, при котором есть хорошая теоретическая основа для ожидания отношений. Для прогнозирования лекарственной устойчивости минимальным набором характеристик будет геномная последовательность, а метками будет лекарственная устойчивость.Доступны различные алгоритмы машинного обучения, и некоторые из них могут работать лучше, чем другие для конкретной проблемы. Одним из признаков хорошо подобранного набора функций является то, что несколько различных алгоритмов машинного обучения хорошо работают с этими данными.

Здесь мы приводим несколько недавних примеров применения машинного обучения к лекарственной устойчивости ВИЧ. Машинное обучение с помощью машины линейных опорных векторов (SVM) дало несколько улучшенное прогнозирование клинических последовательностей ВИЧ по сравнению с основанными на правилах методами, основанными на известных мутациях [66].Беренвинкель и др. . [67] смоделировали эволюционную динамику бегства ВИЧ, чтобы предсказать подавление вирусной нагрузки. Они продемонстрировали, что расчет индивидуального генетического барьера с помощью изотонических конъюнктивных байесовских сетей, класса вероятностных графических моделей, превосходит оценку генотипической восприимчивости на основе экспертных правил. В недавнем исследовании устойчивости к ингибиторам интегразы применялись относительные частоты н-грамм для достижения перекрестно подтвержденной точности 85–89% классификации мутантов как чувствительных или устойчивых [68].Данные для нескольких препаратов были проанализированы в рамках многозадачного обучения с уменьшением байесовской размерности на основе ядра с бинарной классификацией, чтобы обеспечить улучшенную прогностическую эффективность в отношении устойчивости ВИЧ к ингибиторам ОТ [69].

Ансамбли классификаторов (например, бустинг и бэггинг [70]) могут повысить точность предсказания по сравнению с отдельными классификаторами. Информация о перекрестной резистентности была включена в модели классификации с несколькими метками для повышения точности прогнозирования устойчивости к ННИОТ и ингибиторам протеаз [71,72].И цепочки классификаторов, и ансамбли цепочек классификаторов были протестированы с использованием случайных лесов и моделей логистической регрессии.

Мы исследовали концепцию включения трехмерной структурной информации в машинное обучение с данными последовательности для улучшения классификации и прогнозирования сопротивления. Это расширяет возможности за пределы минимального набора за счет включения дополнительной информации. Использование трехмерной структурной информации оправдано, потому что мутации устойчивости изменяют атомную структуру белка, а на эффект конкретной мутации может влиять ее физическое окружение.Белки складываются в большие и сложные трехмерные структуры, состоящие из нескольких тысяч атомов и обычно представленные пространственными координатами x, y и z положений атомов. Конкретные значения этих координат зависят от кристаллографической системы отсчета или ее эквивалента в структурах ЯМР. Мы протестировали различные способы кодирования этой пространственной информации с данными последовательности в представлении с эффективным использованием памяти для машинного обучения. Поскольку биологическая молекула не имеет привилегированной системы отсчета, кодирование должно быть трансляционно и вращательно инвариантным.Графические представления подходят и могут просто утверждать, что два атома или остатка контактируют друг с другом по некоторому критерию. Триангуляция Делони [73,74] оказалась лучшим графическим кодированием последовательности белка и трехмерной структуры, как описано в [75,76]. показывает график триангуляции Делоне протеазы ВИЧ. График триангуляции был сведен в длинный вектор признаков (210 (количество уникальных пар аминокислот)) путем подсчета каждой пары аминокислот для каждого края графа.Триангуляцию нужно было рассчитать только один раз для каждой структуры, поскольку для каждой мутантной последовательности нужно было обновлять только метки в вершинах графа (то есть аминокислоты из последовательности). Это унифицированное кодирование последовательности и структуры улучшило производительность машинного обучения и прогнозирования сопротивления [76–79].

Триангуляция Делоне протеазы ВИЧ.

График, построенный на основе кристаллической структуры протеазы ВИЧ, как описано в [76].

Функции, создаваемые этим унифицированным алгоритмом кодирования, обычно приводили к высокому уровню точности с помощью разрозненных алгоритмов машинного обучения. SVM [76], искусственные нейронные сети [76,77], разреженный словарь [76,77], нечеткие деревья решений [78], k-ближайшие соседи и случайные леса [79] достигли точности классификации с перекрестной проверкой в ​​диапазоне 93–99 % для протеазы вместо 60–87% точности при подходах, основанных исключительно на последовательностях [57,76]. Точность прогноза устойчивости к ингибиторам обратной транскриптазы класса НИОТ дала значения 82–99% по сравнению с 73–96% для стандартных методов.Для ННИОТ структурное кодирование с помощью SVM или искусственных нейронных сетей дало точность 98–99% по сравнению с 95–99% для стандартных методов. Это демонстрирует, что унифицированное кодирование точно суммирует влияние структуры и последовательности на лекарственную устойчивость. Этот метод дал отличную корреляцию между прогнозируемым и наблюдаемым уровнем сопротивления в пятикратном перекрестном регрессионном анализе [77,49]. Поскольку кодирование поддерживало регрессию, проблема была обращена, чтобы выбрать поддающееся контролю количество мутантов для биохимического, биофизического и структурного анализа [49].Был идентифицирован один мутант с высоким уровнем устойчивости к шести лекарствам. Этот мутант, PRS17, несущий 17 замен, был экспериментально подтвержден на предмет наличия констант ингибирования 11-8000 нМ для восьми испытанных лекарств, а структура была определена с помощью рентгеновской кристаллографии [44,48].

Заключение

Таким образом, машинное обучение можно применять для прогнозирования устойчивости по неизвестным последовательностям и для исследования базы данных фенотип-генотип на предмет мутантов с заданными свойствами. Экспериментальные исследования мутантов, отобранных с помощью машинного обучения, продемонстрировали предсказательную силу этого подхода.Мы считаем, что этот «управляемый данными» и рациональный подход к идентификации вариантов высокоустойчивых протеаз является эффективным и действенным способом максимизировать ценность экспериментальных исследований и выбрать терапевтические стратегии для пациентов с ВИЧ.

Перспективы на будущее

Генетическое разнообразие и высокая склонность ВИЧ к развитию устойчивых штаммов при отборе лекарств создают серьезную проблему для эффективной профилактики вирусной инфекции и лечения СПИДа. Из-за большого количества потенциальных мутаций вычислительный анализ имеет решающее значение для интерпретации данных генотипа.Подходы машинного обучения или статистического обучения включают больше информации, чем методы, основанные на правилах, и, как правило, более точны. Унифицированное графическое кодирование последовательности и структуры дает надежду на быстрое и точное предсказание устойчивости на основе данных последовательности и будущее применение в персонализированной терапии ВИЧ / СПИДа. Кроме того, этот подход может быть применен к данным генотип-фенотип для лекарственной устойчивости при других заболеваниях, когда известна структура лекарственной мишени.

В нашей нынешней парадигме высокий уровень устойчивости к нескольким лекарствам требует скоординированных эффектов множественных замен для ремоделирования сайта связывания ингибитора и динамики фермента [45].Другими словами, устойчивость — это не просто аддитивный эффект нескольких основных мутаций.

Мы предполагаем, что трехмерные атомные структуры мишеней лекарств, таких как протеаза ВИЧ и обратная транскриптаза, являются ключевыми ингредиентами для улучшения прогнозов устойчивости на основе данных генотипа и, следовательно, оптимизации терапии. Наши результаты подтверждают, что методы машинного обучения, полученные на основе структурного кодирования, дают более точные прогнозы устойчивости по сравнению с использованием только данных последовательности. Кроме того, кластерный анализ может извлечь примеры для определения молекулярных механизмов устойчивости, чтобы улучшить дизайн новых ингибиторов.Данные генотипа можно быстро проанализировать с помощью нескольких вычислительных методов, чтобы помочь в выборе терапии в клинике.

Краткое содержание

Мониторинг сопротивления для определения курса терапии

Вычислительный вывод устойчивости на основе данных последовательности

Добавление структурной информации белка в качестве классификатора в машинном обучении для прогнозирования устойчивости

Благодарности

Мы благодарим Y-F Wang, J Agniswamy и S. Pawar за помощь с рисунками.

Сноски

Раскрытие информации о финансовых и конкурирующих интересах

Исследование авторов частично поддержано грантом U01 GM062920, присужденным NIH. Авторы не имеют других соответствующих аффилированных или финансовых отношений с какой-либо организацией или юридическим лицом, имеющим финансовый интерес или финансовый конфликт с предметом или материалами, обсуждаемыми в рукописи, кроме тех, которые раскрыты.

При создании этой рукописи не использовались письменные переводчики.

Список литературы

Особые заметки выделены следующим образом: • представляющие интерес; •• представляет значительный интерес

1. Ри С.Ю., Джордан М.Р., Райзес Э. и др. Мутации лекарственной устойчивости ВИЧ-1: потенциальные применения для тестирования генотипической устойчивости в месте оказания медицинской помощи. PLOS ONE . 2015; 10 (12): e0145772. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar] 4. Пассаес С.П., Саес-Цирион А. Исследования по лечению ВИЧ: достижения и перспективы. Вирусология . 2014; 454–455: 340–352. [PubMed] [Google Scholar] 5.GBD2015: Отчет по исследованию глобального бремени болезней 2015 г .: Участники исследования GBD 2015 по ВИЧ, Оценки глобальной, региональной и национальной заболеваемости, распространенности и смертности ВИЧ, 1980–2015 гг .: Исследование глобального бремени болезней, 2015 г. Lancet HIV . 2016; 3: e361 – e387. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar] 7. Clutter DS, Jordan MR, Bertagnolio S, Shafer RW. Тестирование на лекарственную устойчивость и резистентность ВИЧ-1. Заражение. Genet. Evol. 2016; 46: S1567 – S1348. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar] 8.Safrit JT, Fast PE, Gieber L, Kuipers H, Dean HJ, Koff WC. Состояние исследований вакцины и разработки вакцин против ВИЧ-1. Вакцина . 2016; 34: 2921–2925. [PubMed] [Google Scholar] 10. Смит Р.П., Давенпорт М.П., ​​Мак Дж. Происхождение генетического разнообразия ВИЧ-1. Virus Res. 2012; 169: 415–429. [PubMed] [Google Scholar] 12. Spinner CD, Boesecke C, Zink A и др. Доконтактная профилактика ВИЧ (PrEP): обзор современных знаний о пероральной системной PrEP у людей. Инфекция .2016; 44: 151–158. [PubMed] [Google Scholar] 13. Кассай С.Г., Гроссман З., Баламан М. и др. Устойчивость к лекарственным препаратам, передаваемым ВИЧ, в столичном Вашингтоне, округ Колумбия, высока и давно существует. Clin. Заразить. Дис. 2016; 63 (6): 836–843. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar] 14. Vandamme AM, Camacho RJ, Ceccherini-Silberstein F, et al. Группа европейских руководящих принципов лекарственной устойчивости к ВИЧ. Европейские рекомендации по клиническому использованию тестирования на лекарственную устойчивость ВИЧ: обновление 2011 г. AIDS Rev. 2011; 13: 77–108.[PubMed] [Google Scholar] 15. Ван ден Эде П., Ван Везенбек Л., Верлинден Ю. и др. Генотипирование ВИЧ-1 генов протеазы-обратной транскриптазы и интегразы для выявления мутаций, которые придают устойчивость к антиретровирусным препаратам. Methods Mol. Биол. 2013; 1030: 37–55. [PubMed] [Google Scholar] 16. Ван Лаэтхем К., Тейс К., Вандамм А.М. Тестирование генотипической лекарственной устойчивости ВИЧ-1: копать глубоко, широко? Curr. Opin. Virol. 2015; 14: 16–23. [PubMed] [Google Scholar] 17. Дадли Д.М., Бейли А.Л., Мехта С.Х. и др.Одновременное перекрестное генотипирование лекарственной устойчивости ВИЧ для мутаций обратной транскриптазы, протеазы и ингибитора интегразы с помощью Illumina MiSeq. Ретровирология . 2014; 11: 122. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar] 18. Ли Дж., Пиампонгсант С., Фариа Н. Р. и др. Интегрированная карта вариаций генома ВИЧ с точки зрения популяции. Ретровирология . 2015; 12:18. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar] 19. Ри С.Ю., Шанкаран К., Варгезе В. и др. Протеаза ВИЧ-1, обратная транскриптаза и вариации интегразы. J. Virol. 2016; 90 (13): 6058–6070. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar] •• Всесторонний анализ большого количества последовательностей.20. Wensing AM, Calvez V, Günthard HF и др. 2017 Обновление мутаций лекарственной устойчивости ВИЧ-1. Верх. Антивирь. Med. 2017; 24 (4): 132–141. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar] • Текущий список мутаций, связанных с лекарственной устойчивостью.21. Пинген М., Венсинг А.М., Франсен К. и др. Программа SPREAD. Сохранение часто передаваемых лекарственно-устойчивых вариантов ВИЧ-1 можно объяснить высокой репликационной способностью вируса. Ретровирология . 2014; 11: 105. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar] 22. Менендес-Ариас Л. Молекулярные основы лекарственной устойчивости вируса иммунодефицита человека 1 типа: обзор и последние разработки. Antiviral Res. 2013; 98: 93–120. [PubMed] [Google Scholar] • Обзор мутаций устойчивости и молекулярных механизмов устойчивости к лекарствам. 26. Sluis-Cremer N, Wainberg MA, Schinazi RF. Устойчивость к ингибиторам обратной транскриптазы, используемым для лечения и профилактики инфекции ВИЧ-1. Future Microbiol. 2015; 10 (11): 1773–1782. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar] 27. Слуис-Кремер Н. Новый профиль перекрестной устойчивости ненуклеозидных ингибиторов обратной транскриптазы ВИЧ-1. Вирусы . 2014. 6 (8): 2960–2973. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar] 28. Секлер Дж. М., Лейоаттс Н., Мяо Х., Гроссфилд А. Взаимодействие структуры и динамики: выводы из обзора кристаллических структур обратной транскриптазы ВИЧ-1. Белки .2013. 81 (10): 1792–1801. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar] 29. Баетен Дж. М., Доннелл Д., Ндасе П. и др. Антиретровирусная профилактика для профилактики ВИЧ у гетеросексуальных мужчин и женщин. N. Engl. J. Med. 2012; 367: 399–410. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar] 30. Парих У.М., Меллорс Ж.В. Стоит ли опасаться резистентности к тенофовиру / эмтрицитабину до контакта? Curr. Opin. ВИЧ СПИД . 2016; 11 (1): 49–55. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar] 31. Венсинг А.М., ван Маарсевен Н.М., Нейхейс М.Пятнадцать лет ингибиторам протеазы ВИЧ: повышение барьера устойчивости. Antiviral Res. 2010; 85: 59–74. [PubMed] [Google Scholar] 32. Гош А.К., Андерсон Д.Д., Вебер ИТ, Мицуя Х. Усиление связывания с остовом белка — плодотворная концепция для борьбы с лекарственно-устойчивым ВИЧ. Angew. Chem. 2012; 51: 1778–1802. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar] 33. Weber IT, Kneller DW, Wong-Sam A. Высокоустойчивые протеазы ВИЧ-1 и стратегии их ингибирования. Future Med.Chem. 2015; 7: 1023–1038. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar] 34. Kozísek M, Henke S, Sasková KG, et al. Мутации в gag и pol ВИЧ-1 компенсируют потерю вирусной пригодности, вызванную сильно мутировавшей протеазой. Антимикробный. Агенты Chemother. 2012; 56: 4320–4330. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar] 35. Хендерсон Г.Дж., Ли С.К., Ирлбек Д.М. и др. Взаимодействие между отдельными мутациями протеазы ВИЧ-1, связанными с устойчивостью, и вирусной инфекционностью, активностью протеазы и чувствительностью к ингибитору. Антимикробный. Агенты Chemother. 2012; 56: 623–633. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar] 36. Theys K, Deforche K, Vercauteren J, et al. от имени СПРЕД-программы. Связанный с лечением полиморфизм протеазы в значительной степени связан с более высокой вирусной нагрузкой и более низким числом CD4 у недавно диагностированных пациентов, инфицированных ВИЧ-1, не принимавших лекарственные препараты. Ретровирология . 2012; 9: 81. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar] 37. Кай Й, Мьинт В., Полсен Дж. Л., Шиффер К.А., Ишима Р., Курт Йилмаз Н.Мутации лекарственной устойчивости изменяют динамику протеазы ВИЧ-1, связанной с ингибитором. J. Chem. Теория вычисл. 2014; 10 (8): 3438–3448. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar] 38. Картер Дж. Д., Гонсалес Э. Г., Хуанг X и др. Влияние мутаций, выбранных под воздействием лекарственного средства на PRE- и POST-терапию, на конформационный отбор образцов протеазы ВИЧ-1. FEBS Lett. 2014; 588 (17): 3123–3128. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar] 39. Четти С., Бхакат С., Мартин А. Дж., Солиман МЭ. Профиль множественной лекарственной устойчивости протеазы ВИЧ-1 PR20 объясняется искаженным конформационным ландшафтом и ландшафтом связывания лекарств: понимание молекулярной динамики. J. Biomol. Struct. Дин. 2016; 34 (1): 135–151. [PubMed] [Google Scholar] 40. Рагланд Д.А., Наливайка Е.А., Налам М.Н. и др. Устойчивость к лекарствам, возникающая в результате мутаций вне активного центра за счет изменений в динамическом и структурном ансамбле протеазы ВИЧ-1. J. Am. Chem. Soc. , 2014; 136 (34): 11956–11963. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar] 41. Шен Ч.-Х., Чанг И.-Ц., Агнисвами Дж., Харрисон Р. В., Weber IT. Конформационная вариация мутанта протеазы ВИЧ с крайней лекарственной устойчивостью. J. Mol. Графическая модель. 2015; 62: 87–96. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar] 42. Луи Дж. М., Рош Дж. Эволюция под давлением лекарств изменяет структуру сворачивания свободной энергии зрелой протеазы ВИЧ-1. J. Mol. Биол. 2016; 428: 2780–2792. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar] 43. Агнисвами Дж., Шен СН, Аниана А., Сайер Дж. М., Луис Дж. М., Weber IT. Протеаза ВИЧ-1 с 20 мутациями проявляет чрезвычайную устойчивость к клиническим ингибиторам за счет скоординированных структурных перестроек. Биохимия . 2012; 51: 2819–2828. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar] 44. Агнисвами Дж., Луи Дж. М., Рош Дж., Харрисон Р. В., Вебер ИТ. Структурные исследования рационально подобранной протеазы ВИЧ-1 с множественной лекарственной устойчивостью выявили синергетический эффект дистальных мутаций на динамику лоскута. PLOS ONE . 2016; 11 (12): e0168616. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar] 45. Вебер ИТ, Харрисон Р.В. Решение проблемы лекарственной устойчивости ВИЧ. Adv. Biochem. 2016; 62: 273–279.[PubMed] [Google Scholar] 46. Кожишек М., Лепшик М., Грантц Шашкова К., Бринда Дж., Конвалинка Ю., Резакова П. Термодинамический и структурный анализ устойчивости протеазы ВИЧ к DRV — анализ сильно мутировавших протеаз ВИЧ-1, полученных от пациентов. FEBS J. 2014; 281: 1834–1847. [PubMed] [Google Scholar] 47. Луи Дж. М., Аниана А., Вебер ИТ, Сэйер Дж. М.. Понимание ингибирования автообработки природных вариантов и мутантных предшественников протеазы ВИЧ-1 с множественной лекарственной устойчивостью клиническими ингибиторами. Proc. Natl Acad. Sci. США . 2011; 108: 9072–9077. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar] 48. Парк Дж. Х., Сайер Дж. М., Аниана А. и др. Связывание клинических ингибиторов с модельным предшественником рационально выбранной протеазы ВИЧ-1 с множественной лекарственной устойчивостью значительно слабее, чем с высвобожденным зрелым ферментом. Биохимия . 2016; 55: 2390–2400. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar] 50. Месплед Т, Вайнберг МА. Устойчивость к ингибиторам переноса цепи интегразы и актуальность ВИЧ. Вирусы . 2015; 7 (7): 3703–3718. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar] 51. Llibre JM, Pulido F, García F, García Deltoro M, Blanco JL, Delgado R. Генетический барьер устойчивости к долутегравиру. AIDS Rev. 2015; 17 (1): 56–64. [PubMed] [Google Scholar] 53. Goldgur Y, Craigie R, Cohen GH и др. Структура каталитического домена интегразы ВИЧ-1 в комплексе с ингибитором: платформа для разработки противовирусных препаратов. Proc. Natl Acad. Sci. США . 1999. 96 (23): 13040–13043.[Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar] 54. Métifiot M, Johnson BC, Kiselev E, et al. Селективность переноса цепи через 3′-процессинг и восприимчивость к клинической резистентности ингибиторов интегразы ВИЧ-1 обусловлены ключевыми взаимодействиями фермент-ДНК в активном сайте. Nucleic Acids Res. 2016; 44 (14): 6896–6906. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar] 55. Hare S, Gupta SS, Valkov E, Engelman A, Cherepanov P. Сборка ретровирусной интасомы и ингибирование переноса цепи ДНК. Природа . 2010. 464 (7286): 232–236. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar] 56. Пассос Д.О., Ли М., Ян Р. и др. Крио-ЭМ-структуры и атомная модель комплекса переноса цепи ВИЧ-1 в интасому. Наука . 2017; 355: 89–92. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar] • Новая структура интегразы ВИЧ в комплексе с вирусной ДНК дает представление о механизме реакции.57. Проспери М.К., Де Лука А. Вычислительные модели для прогнозирования ответа на антиретровирусную терапию. AIDS Rev. 2012; 14 (2): 145–153. [PubMed] [Google Scholar] 58. Ленгауэр Т., Пфайфер Н., Кайзер Р. Персонализированная терапия ВИЧ для контроля лекарственной устойчивости. Drug Discov. Сегодня Technol. 2014; 11: 57–64. [PubMed] [Google Scholar] 60. Bandaranayake RM, Kolli M, King NM, et al. Влияние кладо-специфических полиморфизмов последовательностей на активность протеазы ВИЧ-1 и пути резистентности к ингибиторам. J. Virol. 2010; 84: 9995–10003. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar] 61. Конинг Ф.А., Кастро Х., Данн Д., Тилстон П., Кейн П.А., Мбиса Дж.Л. Совместная группа Великобритании по лекарственной устойчивости к ВИЧ.Подтип-специфические различия в развитии дополнительных мутаций, связанных с высоким уровнем устойчивости к нуклеозидным ингибиторам обратной транскриптазы ВИЧ-1. J. Antimicrob. Chemother. 2013; 68 (6): 1220–1236. [PubMed] [Google Scholar] 62. Куаши П.К., Оливьера М., Верес Т. и др. Дифференциальные эффекты замен устойчивости к G118R, H51Y и E138K в разных подтипах интегразы ВИЧ. J. Virol. 2015; 89 (6): 3163–3175. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar] 63.Беренвинкель Н., Доймер М., Оетте М. и др. Geno2pheno: оценка фенотипической лекарственной устойчивости по генотипам ВИЧ-1. Nucleic Acids Res. 2003; 31: 3850–3855. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar] 64. Зацци М., Инкардона Ф., Розен-Цви М. и др. Прогнозирование ответа на антиретровирусное лечение с помощью машинного обучения: проект EuResist. Интервирология . 2012; 55 (2): 123–127. [PubMed] [Google Scholar] 65. Tarca AL, Carey VJ, Chen XW, Romero R, Drăghici S. Машинное обучение и его приложения в биологии. PLoS Comput. Биол. 2007; 3: e116. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar] 66. Пиронти А., Пфайфер Н., Кайзер Р., Вальтер Х., Ленгауэр Т. Улучшенное предсказание успеха терапии с помощью GSS, оцененное на основе клинических последовательностей ВИЧ-1. J. Int. AIDS Soc. 2014; 17 (4 доп. 3): 19743. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar] 67. Беренвинкель Н., Монтазери Н., Шухмахер Н. и др. Швейцарское когортное исследование по ВИЧ. Индивидуализированный генетический барьер предсказывает ответ на лечение у большой группы пациентов, инфицированных ВИЧ-1. PLoS Comput. Биол. 2013; 9 (8): e1003203. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar] 68. Массо М. Прогностические модели устойчивости к ингибиторам интегразы ВИЧ-1 на основе последовательностей: подход n-граммов к оценке фенотипа. Curr. HIV Res. 2015; 13 (6): 497–502. [PubMed] [Google Scholar] 69. Гоенен М, Марголин АА. Прогнозирование восприимчивости к лекарственным средствам по панели лекарств с использованием ядерно-байесовского многозадачного обучения. Биоинформатика . 2014. 30 (17): 556–563. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar] 70.Рокач Л. Ансамблевые классификаторы. Artif. Intell. Ред. , 2010 г.; 33: 1–30. [Google Scholar] 71. Heider D, Senge R, Cheng W, Hüllermeier E. Многозначная классификация для использования информации о перекрестной резистентности в прогнозировании лекарственной устойчивости ВИЧ-1. Биоинформатика . 2013; 29 (16): 1946–1952. [PubMed] [Google Scholar] 72. Riemenschneider M, Senge R, Neumann U, Hüllermeier E, Heider D. Использование информации о перекрестной резистентности протеазы ВИЧ-1 и обратной транскриптазы для улучшенного прогнозирования лекарственной устойчивости с помощью классификации с несколькими метками. BioData Мин. 2016; 9: 10. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar] 73. Ричардс FM. Интерпретация белковых структур: общий объем, распределение группового объема и плотность упаковки. J. Mol. Биол. 1974; 82: 1–14. [PubMed] [Google Scholar] 74. Поупон А. Вороной и мозаика, связанная с Вороной, в исследованиях структуры и взаимодействия белков. Curr. Opin. Struct. Биол. 2004; 14: 233–241. [PubMed] [Google Scholar] 75. Бозе П., Ю. Х, Харрисон Р. В.. Семинары по биоинформатике и биомедицине (BIBMW) Международная конференция IEEE; Атланта, Джорджия, США: 12–15 ноября 2011 г.Кодирование структуры белка функциями на графиках; С. 338–344. Труды. [Google Scholar] 76. Ю X, Weber IT, Харрисон RW. Материалы Международной конференции SIAM по интеллектуальному анализу данных SDM 2013 . СИАМ; Остин, Техас, США: 1–4 мая 2013 г. Слабое представление данных для прогнозирования лекарственной устойчивости протеазы ВИЧ-1; С. 342–349. [Google Scholar] 77. Ю X, Weber IT, Харрисон RW. Прогнозирование лекарственной устойчивости ВИЧ по генотипу с закодированной трехмерной структурой белка. BMC Genomics. 2014; 15 (Приложение 5): S1. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar] 78. Дарем EA, Ю. X, Харрисон RW. Симпозиум IEEE по вычислительному интеллекту в здравоохранении и электронном здравоохранении (CICARE) Орландо, Флорида: 9–12 декабря 2014 г. FDT 2.0: Повышение масштабируемости инструмента индукции нечеткого дерева решений — интеграция хранилища баз данных 2014. Труды. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar] 79. Шен CH, Yu X, Харрисон RW, Weber IT. Автоматизированное прогнозирование лекарственной устойчивости ВИЧ по данным генотипа. BMC Bioinform. 2016; 17 (Приложение 8): 278. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]

Первопроходец в расшифровке генома человека

Вычислительный биолог Майкл С. Уотерман работает с Хайсю Таном, научным сотрудником математического факультета Колледжа литературы, искусств и наук.

Фото Ирен Фертик

Celera Genomics, биотехнологическая компания, которая в прошлом году попала в заголовки газет, когда объявила, что доведет до финиша проект федерального правительства по геному человека, назвала профессора Университета Калифорнии Майкла С.Уотерман как первый участник недавно созданной программы стипендий Celera Fellowship.

Уотерман, который является профессором математики и естествознания и профессором математики, биологических наук и информатики Университета Калифорнии, помогал в разработке алгоритма Лендера-Уотермана, который позволил Celera совершить дерзкий спринт.

Кроме того, он является одним из разработчиков более раннего алгоритма Смита-Уотермана, который остается золотым стандартом для анализа последовательностей генов и белков и краеугольным камнем вычислительной генетики.

«Знак Уотермана стоит за многими современными стандартными процедурами вычислительной биологии», — сказал Дэвид Айзенберг, профессор молекулярной биологии и директор Лаборатории структурной биологии и молекулярной медицины Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе. «Его работа продвинула анализ биологической последовательности от набора специальных процедур до строгого и зрелого предмета».

Вычислительная генетика, современный синтез информатики, математики и молекулярной генетики, является важным компонентом новой науки геномики.Многие думают, что это приведет биотехнологию в новую эру медицинских чудес. К середине 1980-х эта область была достаточно зрелой, чтобы финансируемые государством ученые запустили проект «Геном человека», знаменательный 15-летний проект по расшифровке и картированию полного набора человеческих генов и ДНК (генома), лежащих в основе жизни.

Гены — это последовательности «букв» ДНК, которые кодируют инструкции по созданию белков. Белки, в свою очередь, являются одновременно кладкой и каменщиками клетки, занимая центральное место в каждой структуре и функции жизни.

С самого начала проект «Геном человека» использовал тщательную, относительно медленную стратегию «разделяй и властвуй» для определения последовательности и местоположения каждого гена в основной цепи ДНК. Алгоритм Лендера-Уотермана позволил Celera применить совершенно другой подход «дробовика», который заключался в разделении генома на миллионы случайных фрагментов, а затем их соединении вместе, сопоставляя их концы.

Такой подход ранее был успешным при секвенировании меньших фрагментов ДНК, но до алгоритма Лендера-Уотермана его нельзя было применить ко всем геномам, потому что ДНК высших организмов заполнена повторяющимися короткими последовательностями, которые, кажется, не имеют никакой функции. и прочая ерунда.

(Честь Уотермана для Celera не лишена иронии: посадочный модуль в алгоритме — Эрик Ландер из Института Уайтхеда Массачусетского технологического института, который руководит самой крупной отдельной лабораторией в финансируемом правительством Проекте генома человека и, следовательно, является основным конкурентом Celera.)

Уотерман приехал в Калифорнийский университет в 1982 году, где он обнаружил небольшую, но многообещающую генетическую программу и администрацию, которая, по его словам, замечательно удовлетворила его желание строить ее по междисциплинарным направлениям. С тех пор он собрал вокруг себя группу исследователей, которые составляют один из лучших мировых центров вычислительной генетики.

«Одна из главных вещей, которые удерживали меня [в Университете Южной Калифорнии] все эти годы, это то, что [Уотерман и его исследовательская группа] не просто теоретики», — сказал профессор молекулярной биологии Норман Арнхейм, который работает с Уотерманом в Центре вычислительных и экспериментальных исследований Университета Южной Калифорнии. Генетика. «Они действительно заинтересованы в анализе данных, и они узнали много нового о молекулярной биологии».

«Думаю, я из тех людей, которые не видят столь резких границ между чистой и прикладной математикой», — сказал Уотерман, который применил свои математические способности к изучению последовательностей ДНК в 1970-х годах, когда их важность была вряд ли подозревают даже генетики.

По мнению Джозефа Ауна, декана Колледжа литературы, искусств и наук Университета Южной Калифорнии, работа Уотермана и его коллег ставит университет на вершину важнейшей области вычислительной биологии. «Они настоящие пионеры», — сказал Аун. «Они являются первопроходцами в области, имеющей огромное значение для здоровья человека и роста знаний».

Программа стипендий Celera будет отмечать выдающихся ученых и инженеров и предложит своим лауреатам возможность проводить совместные исследования с учеными Celera.Уотерман сказал, что он будет проводить несколько недель каждый год в лабораториях Celera в Роквилле, штат Мэриленд,

.

«Это шанс поработать с, на мой взгляд, самой интересной компанией в области геномики в мире», — сказал он.

Сейчас Уотерман и его сотрудники работают над улучшением своих предыдущих подвигов. Хайсу Тан — стажер, работающий с Уотерманом; другой, Павел Певзнер, только что переехал в Калифорнийский университет в Санта-Крус. Вместе они разрабатывали алгоритмы для секвенирования целых геномов, как метод Celera, но намного быстрее.

«Секвенировать даже геномы размером с бактерии до сих пор довольно сложно. Это значительно ускорит процесс », — сказал Уотерман.

И, учитывая разнообразие видов на Земле, сказал ученый, геном человека — лишь верхушка биомедицинского айсберга. «Нет недостатка в геномах для секвенирования».

Понимание акустики | Scholastic

Как педагог, вы, наверное, уже слышали о фонетике. Но есть вероятность, что никто никогда не садился с вами, чтобы точно объяснить, что такое инструкция по акустике.Вот где мы и пришли — с помощью эксперта по фонетике Вили Блевинс мы собрали основную информацию, которую вам нужно знать перед преподаванием фонетики.

Что такое акустика?

Фоника — это связь между звуками и их написанием. Цель обучения фонетике — научить учащихся наиболее распространенным звуко-орфографическим связям, чтобы они могли декодировать или озвучивать слова. Эта способность декодирования — решающий элемент успеха чтения.

Почему так важны инструкции по акустике?

Большинство бедных читателей склонны настолько сильно полагаться на одну стратегию чтения, такую ​​как использование контекста и подсказок в виде изображений, что они исключают другие стратегии, которые могут быть более подходящими.Чтобы стать умелыми и беглыми читателями, дети должны иметь набор стратегий, на которые можно опираться. Эти стратегии включают в себя использование знаний о звуко-орфографических отношениях — другими словами, понимание фонетики. Кроме того, исследования показали, что опытные читатели обращают внимание почти на каждое слово в предложении и обрабатывают буквы, составляющие каждое из этих слов.

Таким образом, обучение акустике играет ключевую роль в помощи учащимся в понимании текста. Это помогает учащимся сопоставить звуки с написанием, тем самым позволяя им декодировать слова.Расшифровка слов помогает в развитии распознавания слов, что, в свою очередь, увеличивает беглость чтения. Беглость чтения улучшает понимание прочитанного, потому что, поскольку учащиеся больше не борются с расшифровкой слов, они могут сосредоточиться на извлечении смысла из текста.

Кроме того, обучение фонетике улучшает орфографические способности, поскольку подчеркивает орфографические модели, которые становятся привычными при чтении. Исследования показывают, что половина всех английских слов может быть написана по правилам фонетики, которые соотносят одну букву с одним звуком.

Как вы должны структурировать инструкцию по акустике?

Звуковые инструкции должны быть явными, а не подразумеваемыми. Неявная инструкция полагается на то, что читатель «откроет» подсказки о звуко-орфографических отношениях; хорошие читатели могут это сделать, но плохие читатели вряд ли это сделают. Явный инструктаж — это наиболее эффективный вид обучения акустике, особенно для детей с риском возникновения трудностей с чтением.

Хороший урок фонетики начинается с подробного объяснения преподаваемого звукового правописания, а также с подсказками для учащихся по смешиванию или озвучиванию слов с использованием нового звукового правописания.Эти упражнения должны сопровождаться управляемой и независимой практикой чтения текста, который содержит слова с новым звуковым написанием. Эта часть инструкции по акустике является ключевой. Следовательно, обучение акустике должно быть сосредоточено на применении изученных звуко-орфографических отношений к фактическому чтению, с меньшим количеством времени, затрачиваемым на начальную задачу изучения правил фонетики. Таким образом, вы можете планировать уроки по фонетике, подходящие для всех учащихся, даже если у одних уровень владения фонетикой выше, чем у других.

Чем акустика отличается от фонематической осведомленности?

Фонетика включает отношения между звуками и письменными символами, тогда как фонематическая осведомленность включает звуки в произносимых словах. Таким образом, обучение фонетике сосредоточено на изучении звуко-орфографических отношений и связано с печатью. Большинство задач фонематического осознания являются устными.

Несмотря на эти разные акценты, обучение фонетике и обучение фонематической осведомленности связаны. Фактически, фонематическое знание необходимо для того, чтобы обучение по фонетике было эффективным.Прежде чем учащиеся смогут использовать знание звуко-орфографических отношений для декодирования написанных слов, они должны понять, что слова (написанные или произнесенные) состоят из звуков. Фонематическая осведомленность — это понимание того, что слово состоит из серии отдельных звуков. Без этого понимания обучение акустике не будет иметь смысла для студентов.

Пространственная полосовая фильтрация помогает декодировать музыкальные произведения …

Research Note

Revised [версия 2; экспертная оценка: 2 одобрены]

Аян Сенгупта 1,2 , Стефан Поллманн 2,3 , Майкл Ханке 3,4 Аян Сенгупта 1,2 , Стефан Поллманн 2,3 , Майкл Ханке 3 , 4 Сведения об авторе Сведения об авторе 1 Центр визуализации сэра Питера Мэнсфилда, Школа физики и астрономии, Ноттингемский университет, Ноттингем, Великобритания
2 Департамент экспериментальной психологии, Институт психологии, Университет Отто-фон-Герике, Магдебург , Германия
3 Лаборатория психоинформатики, Институт психологии, Университет Отто-фон-Герике, Магдебург, Германия
4 Центр поведенческих наук о мозге, Магдебург, Германия

Аян Сенгупта
Роли: концептуализация, формальный анализ, исследования, методология , Программное обеспечение, проверка, визуализация, написание — подготовка оригинального проекта, написание — рецензирование и редактирование

Стефан Поллманн
Роли: концептуализация, финансирование Приобретение, написание — рецензирование и редактирование

Майкл Ханке
Роли: концептуализация, обработка данных, формальный анализ, привлечение финансирования, расследование, методология, администрирование проекта, ресурсы, программное обеспечение, надзор, проверка, визуализация, написание — подготовка первоначального проекта, написание — Просмотр и редактирование

OPEN PEER REVIEW DETAILS

СТАТУС РЕЦЕНЗЕНТ

Аннотация

Стратегии пространственной фильтрации в сочетании с многомерным анализом декодирования жирных изображений были использованы для исследования природы нейронного сигнала, лежащего в основе различимости паттернов мозговой активности, вызванных сенсорными сенсорами. стимуляция — прежде всего в зрительной коре.Предыдущие исследования показывают, что такие сигналы имеют пространственно широкополосный характер и не состоят в основном из мелкозернистых паттернов активации. Однако неясно, является ли это общим свойством ЖИВОГО сигнала или специфическим для деталей используемых анализов и стимулов. Здесь мы применили стратегию анализа из предыдущего исследования по декодированию визуальной ориентации из V1 в общедоступную фМРТ 7T с высоким разрешением на ответ BOLD на музыкальные жанры в первичной слуховой коре.Результаты показывают, что образец точности декодирования по отношению к различным типам и уровням пространственной фильтрации сопоставим с полученным из V1, несмотря на значительные различия в соответствующих корковых схемах.

Ключевые слова

декодирование музыкальных жанров, 7 Тесла фМРТ, первичная слуховая кора, пространственная полосовая фильтрация

Автор, ответственный за переписку: Аян Сенгупта Конкурирующие интересы: Конкурирующие интересы не выявлены.

Информация о гранте: AS и SP были поддержаны грантом German Research Concil (DFG), присужденным
S.~ Pollmann (PO ~ 548 / 15-1), MH финансировался за счет средств
немецкой федеральной земли Саксония-Анхальт и Европейского фонда регионального развития
(ERDF), проект: Центр поведенческих наук о мозге. Это исследование,
частично, также было поддержано Федеральным министерством образования Германии и
Research (BMBF) в рамках американо-германского сотрудничества в области вычислительной нейробиологии
(CRCNS; присуждено JV Haxby, P. Ramadge и M. Ханке), совместно с
, финансируемым BMBF и Национальным научным фондом США (BMBF 01GQ1112; NSF
1129855).
Спонсоры не играли никакой роли в дизайне исследования, сборе и анализе данных, решении опубликовать или подготовке рукописи.

Авторские права: © 2018 Sengupta A et ​​al . Это статья в открытом доступе, распространяемая в соответствии с условиями лицензии Creative Commons Attribution License, которая разрешает неограниченное использование, распространение и воспроизведение на любом носителе при условии правильного цитирования оригинальной работы. Данные, связанные со статьей, доступны в соответствии с условиями отказа от данных Creative Commons Zero «Права защищены» (CC0 1.0 Посвящение общественному достоянию). Как цитировать: Sengupta A, Pollmann S и Hanke M. Пространственная полосовая фильтрация помогает декодировать музыкальные жанры с помощью фМРТ 7T слуховой коры [версия 2; экспертная оценка: одобрено 2]. F1000Research 2018, 7 : 142 (https://doi.org/10.12688/f1000research.13689.2) Первая публикация: 2 февраля 2018 г., 7 : 142 (https://doi.org/10.12688/ f1000research.13689.1) Последний публикация: 04 апр 2018, 7 : 142 (https: // doi.org / 10.12688 / f1000research.13689.2)

Исправленные поправки от версии 1

В этом исправлении были устранены проблемы, поднятые рецензентами этой статьи. Ниже приведены подробности:

Незначительные изменения, включая опечатки, такие как «гауссовский» -> «гауссовский», «предшествующее маскирование» -> «до маскирования» и т. Д., Были внесены в соответствии с комментариями профессора Норриса. Было прямо упомянуто, что были получены «осевые» срезы. Более того, преобразование единиц из «FWHM» в «циклы / мм» упоминалось должным образом.Вероятная причина того, что слуховое декодирование работает лучше, чем визуальное, также обсуждается в разделе «Результаты и заключение».

Чтобы ответить на комментарии доктора Перне, в рукописи были сделаны явные упоминания, чтобы подчеркнуть использование включения временных производных в матрицу дизайна. Кроме того, в рукописи также обсуждается целесообразность применения повторной случайной выборки вместо перекрестной проверки с исключением по одному.

В этой редакции учтены вопросы, поднятые рецензентами этой статьи.Ниже приведены подробности:

Незначительные изменения, включая опечатки, такие как «гауссовский» -> «гауссовский», «предшествующее маскирование» -> «до маскирования» и т. Д., Были внесены в соответствии с комментариями профессора Норриса. Было прямо упомянуто, что были получены «осевые» срезы. Более того, преобразование единиц из «FWHM» в «циклы / мм» упоминалось должным образом. Вероятная причина того, что слуховое декодирование работает лучше, чем визуальное, также обсуждается в разделе «Результаты и заключение».

Чтобы ответить на комментарии доктора Перне, в рукописи были сделаны явные упоминания, чтобы подчеркнуть использование включения временных производных в матрицу дизайна. Кроме того, в рукописи также обсуждается целесообразность применения повторной случайной выборки вместо перекрестной проверки с исключением по одному.

См. Подробный ответ авторов на обзор Сирила Р. Пернета
См. Подробный ответ авторов на обзор Дэвида Г. Норриса

Введение

Недавно мы сообщили 1 , что пространственная полосовая фильтрация 7 Данные Tesla BOLD fMRI повышают точность декодирования визуальных ориентаций человека V1.Мы наблюдали этот результат в сравнении с данными без применения какой-либо специальной пространственной фильтрации и данными с пространственной фильтрацией нижних частот — типичной стратегией предварительной обработки для BOLD fMRI. Этот эффект присутствовал в диапазоне протестированных разрешений пространственного захвата, в пределах от 0,8 мм до 2 мм изотропного размера вокселя (рис. 4 в 1). Процедура полосовой пространственной фильтрации была выполнена фильтром разности Гаусса (DoG), аналогичным дополнительному рисунку 5 в 1. Полосы частот указывали на присутствие сигнала, связанного с ориентацией, в широком диапазоне пространственных частот, как указано выше вероятностью. производительность декодирования практически для всех протестированных диапазонов.Максимальная производительность декодирования наблюдалась для полосы шириной 5–8 мм на полувысоте (FWHM), что указывает на то, что компоненты fMRI с низкой пространственной частотой также вносят вклад в шум в отношении различения ориентации.

Это открытие поднимает вопрос, отражает ли это конкретное свойство ранней зрительной коры и конкретные стимулы, используемые в 1, или представляет ли он более общий аспект данных BOLD fMRI с последствиями для предварительной обработки данных анализа декодирования. Здесь мы исследуем этот вопрос, применяя идентичную стратегию анализа из 1 к другому общедоступному набору данных 7 Tesla BOLD fMRI 2 с целью декодирования музыкальных жанров коротких аудиоклипов из ранней слуховой коры.

Методы

Поскольку это исследование направлено на воспроизведение ранее опубликованных результатов, с использованием ранее опубликованной стратегии анализа существующего набора данных, полные методологические детали здесь не повторяются. Вместо этого читатель может обратиться к 2, 3 для исчерпывающего описания данных и к 1 для получения подробной информации о стратегии анализа и предыдущих выводах. Ниже приводится только ключевая информация и различия.

Данные стимула и фМРТ

Данные были взяты из опубликованного набора данных 2 , которые ранее неоднократно анализировались 4,5 и общедоступны на сайте studyforrest.org, состоящий из 20 участников, пассивно слушающих пять естественных стереофонических музыкальных стимулов (длительность 6 с; частота дискретизации 44,1 кГц) для каждого из пяти различных музыкальных жанров: 1) эмбиент, 2) коренная страна, 3) хэви-метал, 4 ) Рок-н-ролл 50-х годов и 5) симфонический, при этом данные фМРТ были записаны на сканере 7 Tesla Siemens (размер изотропного вокселя 1,4 мм, TR = 2 с, размер матрицы 160 × 160, 36 аксиальных срезов, 10% межслойный зазор). Данные фМРТ были скорректированы со стороны сканера на пространственные искажения 6 .Время и частота стимуляции были примерно сопоставимы с 1:25 по сравнению с 30 испытаниями на цикл, 10 с против 8 с минимальной асинхронностью начала стимула между испытаниями в дизайне с низким уровнем привязки к событиям, 8 против 10 запусков сбора данных. Субъект 20 был исключен из анализа из-за неполных данных.

Локализация области интереса (ROI)

Аналогично пункту 1, области интереса были локализованы отдельно для каждого отдельного мозга. Области интереса представляли собой левую и правую поперечные височные извилины, как определено структурным атласом Desikan-Killiany 7 из ранее опубликованных фрагментов коры на основе Freesurfer для всех исследований.org участников 3 . Эта ROI приблизительно соответствует расположению первичной слуховой коры, включая области 41 и 42 Бродмана (рис. 1A). Среднее количество вокселей в ROI для участников было 1412 (стандартное = 357).

Рис. 1.

( A ) Локализация ранней слуховой коры (поперечная височная извилина), как показано на корональном срезе участника (под-16). ( B ) Матрица неточностей, показывающая среднюю производительность классификатора LinearCSVM для всех участников при декодировании музыкальных жанров из ранней слуховой коры в пространственно нефильтрованных данных.( C ) Точность классификации декодирования музыкальных жанров по различным типам и уровням пространственной гауссовой фильтрации. Теоретическая вероятность 20% показана пунктирной линией. Эта цифра была получена из первоначального анализа набора данных, сделанного общедоступным 2 в соответствии с условиями Выделения и Лицензии общественного достояния.

Анализ данных фМРТ

Были проанализированы BOLD-изображения с коррекцией движения и искажения из общедоступного набора данных 2 .Изображения для каждого участника, доступные из набора данных в виде шаблона имени файла sub * / BOLD / task002_run * / bold_dico_bold7Tp1_to_subjbold7Tp1.nii.gz, уже были выровнены во время выполнения сборов. Аналогично пункту 1, жирные изображения были замаскированы в соответствии с заданной двусторонней областью интереса, а воксельный жирный ответ моделировался однозначно для каждого прогона с использованием реализации GLM в NiPy [v0.3; 8 ] при учете последовательной корреляции с авторегрессионным членом (AR1). Матрица дизайна GLM включала регрессоры гемодинамической реакции, по одному для каждого жанра и соответствующие им временные производные для улучшенной оценки параметров 9 , шесть мешающих регрессоров для движения (смещение и вращение) и полиномиальные регрессоры (до 2-го порядка), моделирующие временной сигнал. дрейфуют как бесполезные регрессоры.Вычисленные таким образом веса & beta; для каждого прогона составляли Z -баллов на воксел. Многовариантное декодирование выполнялось на этих весах β с оценкой Z с использованием линейных опорных векторных машин [SVM; Реализация алгоритма классификации LIBSVM в PyMVPA LinearCSVMC; 10,11 в рамках перекрестной проверки 5-позиционной мультиклассовой классификации музыкальных жанров. Перекрестная проверка с исключением по одному была выполнена для того, чтобы дать возможность сравнения с предыдущими результатами, хотя недавно утверждалось, что повторяющиеся случайные разбиения являются лучшей схемой проверки 12 .Гиперпараметр C классификатора SVM был масштабирован до нормы данных. Декодирование было выполнено с использованием всей двусторонней ROI.

В соответствии с 1, 13 полными ЖИРНЫМИ изображениями были пространственно отфильтрованы перед маскированием и GLM-моделированием, поскольку предыдущие результаты предполагают незначительное влияние альтернативных стратегий фильтрации (см. Рисунок S4 в 1). Величина используемой пространственной фильтрации выражается в терминах размера ядра (ядер) гауссова фильтра, описываемого их полушириной в миллиметрах (преобразование этой единицы в (циклы / мм) показано на дополнительном рисунке 5 в 1).Функция image_smooth () в пакете nilearn 14 использовалась для реализации всех процедур пространственного сглаживания. Реализации фильтров нижних частот (LP) по Гауссу и высокочастотных фильтров (HP) , а также фильтров DoG для полосовой фильтрации (BP) и полосовой (BS) идентичны таковым из 1 (разница в размере фильтра на полувысоте 1 мм).

Результаты и выводы

На рис. 1 показана средняя точность для 19 участников для классификации жанров музыкальных клипов на основе ЖИРНЫХ паттернов реакции двусторонней ранней слуховой коры.По сравнению с декодированием визуальной ориентации из V1 1 , средняя точность декодирования музыкальных жанров без специальной пространственной фильтрации демонстрирует существенно более высокий базовый уровень (для нефильтрованных данных 1,4 мм средняя точность декодирования ориентации составляла около 35%, тогда как средняя точность декодирования музыкальных жанров была около 65%). Однако общая картина точности для всех размеров фильтров и типов фильтров сильно напоминает результаты ориентационного декодирования из V1. Превосходная производительность декодирования здесь по сравнению с ориентированными решетками Габора, используемыми для визуального декодирования, может быть результатом более богатых натуралистических стимулов с такими функциями, как высота тона, тембр и речь, что приводит к более разделенным паттернам активации фМРТ в разных жанрах.LP-фильтрация привела к неуклонному снижению производительности с увеличением размера фильтра, но не достигает уровня случайности даже при сглаживающем ядре 20 мм. В отличие от LP-фильтрации, данные, отфильтрованные HP, дали превосходные результаты декодирования для фильтров размером 4 мм и более. В соответствии с 1, фильтрация БП привела к максимальной точности декодирования в полосе на полувысоте ≈5–8 мм. Достигнутая точность данных, отфильтрованных по АД при 6 мм FWHM, была значительно выше, чем точность без какой-либо специальной пространственной фильтрации (тест МакНемара с поправкой на непрерывность 15 : × 2 = 33.22, р <10 6 ). BS-фильтрация привела к примерно постоянной производительности независимо от размера базового фильтра на том же уровне, что и без специальной пространственной фильтрации.

В соответствии с Gardumi и др. . 16 , эти результаты предполагают, что ЖИРНЫЕ паттерны ответов, информативные для декодирования музыкального жанра из ранней слуховой коры, пространственно распределены и представлены в различных пространственных масштабах. Однако, несмотря на их широкополосный характер, соответствующая информация, по-видимому, сосредоточена в полосе пространственных частот, соответствующей фильтру DoG ≈ 5–8 мм.В частности, настоящие результаты показывают поразительное сходство с шаблонами точности декодирования визуальной ориентации в V1 1 . Происхождение и пространственный масштаб сигналов, полезных для декодирования ЖЕЛТЫХ паттернов ответов, являются интенсивно обсуждаемой темой в литературе, и различные исследования рассматривали этот вопрос в контексте анатомической или топографической структуры зрительной коры 13,17–19 . Между слуховой и зрительной корой есть существенные различия с точки зрения анатомии, синаптической физиологии, а также структуры корковых слоев и их связей с другими областями коры и подкорковыми ядрами 20 .Настоящие результаты показывают, что эти различия мало влияют на пространственные характеристики этих жирных компонентов сигнала, которые важны для декодирования визуальной ориентации или жанра музыки. Таким образом, эти результаты требуют дальнейших исследований нейронных и физиологических сигналов, лежащих в основе моделей декодирования, которые являются общими для сенсорных доменов и отдельных областей коры. Растущая доступность разнообразных данных открытой визуализации мозга может помочь в оценке общности и достоверности пояснительных моделей.

Доступность данных и программного обеспечения

OpenFMRI.org: данные фМРТ с высоким разрешением 7 Тесла о восприятии музыкальных жанров. Регистрационный номер: ds000113b.

Источники статей для данных 7-Tesla fMRI о восприятии музыкальных жанров доступны: https://doi.org/10.5281/zenodo.18767 21

Исходный код релиза данных «Форрест Гамп» доступен: https://doi.org/10.5281/zenodo.18767 21

//doi.org/10.5281/zenodo.18770 22

Коды, используемые в этом исследовании для анализа, находятся в открытом доступе: https: // doi.org / 10.5281 / zenodo.1158836 23

Конкурирующие доли

Конкурирующие доли участия не были раскрыты.

Информация о гранте

AS и SP были поддержаны грантом Немецкого исследовательского совета (DFG), присужденным S. Pollmann (PO 548 / 15-1), MH финансировался за счет средств федеральной земли Германии Саксония-Анхальт. и Европейский фонд регионального развития (ERDF), проект: Центр поведенческих исследований мозга. Это исследование было частично также поддержано Федеральным министерством образования и исследований Германии (BMBF) в рамках американо-германского сотрудничества в области вычислительной нейробиологии (CRCNS; присуждено J.V. Haxby, P. Ramadge и M. Hanke), при финансовой поддержке BMBF и Национального научного фонда США (BMBF 01GQ1112; NSF 1129855).

Спонсоры не играли никакой роли в дизайне исследования, сборе и анализе данных, принятии решения о публикации или подготовке рукописи.

Рекомендуется F1000

Ссылки

  • 1. Сенгупта А., Якупов Р., Спек О., и др. : Влияние разрешения получения на декодирование ориентации от V1 BOLD fMRI при 7T. Нейроизображение. 2017; 148 : 64–76. PubMed Аннотация | Издатель Полный текст
  • 2. Ханке М., Динга Р., Хойслер С., и др. : данные фМРТ с высоким разрешением 7 Тесла о восприятии музыкальных жанров — расширение набора данных studyforrest [версия 1; судей: 2 одобрены с оговорками]. F1000Res. 2015; 4 : 174. Полный текст издателя
  • 3. Ханке М., Баумгартнер Ф. Дж., Ибе П., и др. : Набор данных фМРТ с высоким разрешением 7 Тесла от сложной естественной стимуляции с аудио-фильмом. Sci Data. 2014; 1 : 140003. PubMed Аннотация | Издатель Полный текст | Бесплатный полный текст
  • 4. Güçlü U, Thielen J, Hanke M, et al. : Мозги на ударах. В Достижения в системах обработки нейронной информации . 2016; 2101–2109. Справочный источник
  • 5. Кейси М.А.: Музыка 7T: Предсказание и декодирование мультивоксельных фМРТ-ответов с акустическими, схематическими и категориальными музыкальными функциями. Front Psychol. 2017; 8 : 1179.PubMed Аннотация | Издатель Полный текст | Free Full Text
  • 6. В MH, Speck O: Высоко ускоренное отображение PSF для коррекции искажений EPI с улучшенной точностью воспроизведения. МАГМА. 2012; 25 (3): 183–192. PubMed Аннотация | Publisher Full Text
  • 7. Desikan RS, Ségonne F, Fischl B, et al. : Автоматическая система маркировки для разделения коры головного мозга человека на МРТ на интересующие области на основе гирали. Нейроизображение. 2006; 31 (3): 968–980.PubMed Аннотация | Publisher Full Text
  • 8. Миллман К.Дж., Бретт М. Анализ функциональной магнитно-резонансной томографии в Python. Comput Sci Eng. 2007; 9 (3): 52–55. Publisher Full Text
  • 9. Pernet CR: Заблуждения в использовании общей линейной модели применительно к функциональной МРТ: учебное пособие для юных специалистов по нейровизуализации. Front Neurosci. 2014; 8 : 1. PubMed Аннотация | Издатель Полный текст | Бесплатный полный текст
  • 10. Chang CC, Lin CJ: LIBSVM: библиотека для поддержки векторных машин. ACM Trans Intell Syst Technol. 2011; 2 (3): 27. Publisher Full Text
  • 11. Ханке М., Хальченко Ю.О., Седерберг ПБ, и др. : PyMVPA: объединяющий подход к анализу нейробиологических данных. Фронт Нейроинформ. 2009; 3 : 3. PubMed Аннотация | Издатель Полный текст | Бесплатный полный текст
  • 12. Varoquaux G, Raamana PR, Engemann DA, et al. : Оценка и настройка декодеров мозга: перекрестная проверка, предостережения и рекомендации. Нейроизображение. 2017; 145 (Pt B): 166–179. PubMed Аннотация | Publisher Full Text
  • 13. Свишер Дж. Д., Гейтенби Дж. К., Гор Дж. К., и др. : Анализ многомасштабных паттернов ориентационно-избирательной активности в первичной зрительной коре. J Neurosci. 2010; 30 (1): 325–30. PubMed Аннотация | Издатель Полный текст | Бесплатный полный текст
  • 14. Pedregosa F, Varoquaux G, Gramfort A, et al. : Scikit-learn: машинное обучение на Python. J Mach Learn Res. 2011; 12 : 2825–2830. Справочный источник
  • 15. Эдвардс А.Л .: Примечание о поправке на непрерывность при проверке значимости разницы между коррелированными пропорциями. Психометрика. 1948; 13 (3): 185–187. PubMed Аннотация | Издатель Полный текст
  • 16. Гардуми А., Иванов Д., Хаусфельд Л., и др. : Влияние пространственного разрешения на точность декодирования при многомерном анализе шаблонов FMRI. Нейроизображение. 2016; 132 : 32–42. PubMed Аннотация | Publisher Full Text
  • 17. Freeman J, Brouwer GJ, Heeger DJ, et al. : Декодирование ориентации зависит от карт, а не столбцов. J Neurosci. 2011; 31 (13): 4792–804. PubMed Аннотация | Издатель Полный текст | Бесплатный полный текст
  • 18. Алинк А., Кругляк А., Вальтер А., и др. : декодирование ориентации фМРТ в V1 не требует глобальных карт или глобально согласованных ориентировочных стимулов. Front Psychol. 2013; 4 : 493. PubMed Аннотация | Издатель Полный текст | Бесплатный полный текст
  • 19. Фриман Дж., Хигер Д. Д., Мерриам Е. П.: Крупномасштабные смещения спиралей и ориентации в зрительной коре головного мозга человека. J Neurosci. 2013; 33 (50): 19695–703. PubMed Аннотация | Издатель Полный текст | Free Full Text
  • 20. Linden JF, Schreiner CE: Столбчатые преобразования в слуховой коре? Сравнение со зрительной и соматосенсорной корой. Cereb Cortex. 2003; 13 (1): 83–89. PubMed Аннотация | Издатель Полный текст
  • 21. Ханке М: paper-f1000_pandora_data: Первоначальная отправка (версия submit_v1). Zenodo. 2015. Источник данных
  • 22. Ханке М., v-iacovella, Häusler C: gumpdata: Соответствующий выпуск для публикации данных pandora (версия pandora_release1). Zenodo. 2015. Источник данных
  • 23. Sengupta A: psychoinformatics-de / studyforrest-paper-auditorydecoding: v1.0 (Версия v1.0). Zenodo. 2018. Источник данных
Сведения об авторе Сведения об авторе 1 Центр визуализации сэра Питера Мэнсфилда, Школа физики и астрономии, Университет Ноттингема, Ноттингем, Великобритания
2 Департамент экспериментальной психологии, Институт психологии, Отто-фон- Университет Герике, Магдебург, Германия
3 Лаборатория психоинформатики, Институт психологии, Университет Отто-фон-Герике, Магдебург, Германия
4 Центр поведенческих наук о мозге, Магдебург, Германия

Аян Сенгупта
Роли: концептуализация, формальный анализ , Исследование, Методология, Программное обеспечение, Проверка, Визуализация, Написание — Подготовка оригинального проекта, Написание — Рецензирование и редактирование

Стефан Поллманн
Роли: Концептуализация, Финансирование Приобретение, Написание — Обзор и Редактирование

Майкл Ханке
Роли: Концептуализация, Обработка данных , Формальный анализ, привлечение финансирования, расследование, методология, проект t Администрирование, ресурсы, программное обеспечение, надзор, проверка, визуализация, написание — подготовка оригинального проекта, написание — рецензирование и редактирование

Информация о гранте

AS и SP были поддержаны грантом German Research Concil (DFG), присужденным
S.~ Pollmann (PO ~ 548 / 15-1), MH финансировался за счет средств
немецкой федеральной земли Саксония-Анхальт и Европейского фонда регионального развития
(ERDF), проект: Центр поведенческих наук о мозге. Это исследование,
частично, также было поддержано Федеральным министерством образования Германии и
Research (BMBF) в рамках американо-германского сотрудничества в области вычислительной нейробиологии
(CRCNS; присуждено JV Haxby, P. Ramadge и M. Ханке), совместно с
, финансируемым BMBF и Национальным научным фондом США (BMBF 01GQ1112; NSF
1129855).
Спонсоры не играли никакой роли в дизайне исследования, сборе и анализе данных, решении опубликовать или подготовке рукописи.

https : //doi.org/10.5256/f1000research.15721.r32703

Конкурирующие интересы: Информация о конкурирующих долях не раскрыта.

Закрыть

ПРОЧИТАТЬ МЕНЬШЕ

Версия 1

ВЕРСИЯ 1

ОПУБЛИКОВАНА 02 февраля 2018 г.

Отчет рецензента 09 марта 2018 г.

Дэвид Г. Норрис, Институт мозга, познания и поведения Дондерса, Университет Радбауд, Неймеген, Неймеген, Нидерланды

Утверждено

https://doi.org/10.5256/f1000research.14869.r30542

  • Ясно и точно представлена ​​ли работа и цитируется ли в ней текущая литература?

    Частично

  • Соответствует ли план исследования и является ли работа технически обоснованной?

    Да

  • Предоставлено ли достаточно подробных сведений о методах и анализах, чтобы позволить их повторение другими?

    Частично

  • Если применимо, подходят ли статистический анализ и его интерпретация?

    Да

  • Доступны ли все исходные данные, лежащие в основе результатов, для обеспечения полной воспроизводимости?

    Да

  • Достаточно ли сделанные выводы подтверждаются результатами?

    Да

Ссылки

1.Гардуми А., Иванов Д., Хаусфельд Л., Валенте Г. и др .: Влияние пространственного разрешения на точность декодирования при многомерном анализе паттернов фМРТ. Нейроизображение . 2016. 32-42 Publisher Full Text

Конкурирующие интересы: Конкурирующие интересы не были раскрыты.

Закрыть

ПРОЧИТАТЬ МЕНЬШЕ

Отчет рецензента 8 февраля 2018 г.

Сирил Р. Пернет, Нейровизуализация, Центр клинических исследований мозга, Эдинбургский университет, Эдинбург, Великобритания

Утверждено с оговорками

https: // doi.org / 10.5256 / f1000research.14869.r30541
  • Ясно и точно представлена ​​ли работа и цитируется ли в ней текущая литература?

    Да

  • Соответствует ли план исследования и является ли работа технически обоснованной?

    Да

  • Предоставлено ли достаточно подробных сведений о методах и анализах, чтобы позволить их повторение другими?

    Частично

  • Если применимо, подходят ли статистический анализ и его интерпретация?

    Частично

  • Доступны ли все исходные данные, лежащие в основе результатов, для обеспечения полной воспроизводимости?

    Да

  • Достаточно ли сделанные выводы подтверждаются результатами?

    Да

Конкурирующие интересы: Информация о конкурирующих долях не раскрыта.

Закрыть

ПРОЧИТАТЬ МЕНЬШЕ

Комментарии к статье Комментарии (0)

Версия 2

ВЕРСИЯ 2 ОПУБЛИКОВАНА 02 фев 2018

Комментарий

Лучшее из научных журналов: Анализ астероидов для расшифровки динозавров

Вот некоторые из наиболее интересных исследований, опубликованных на прошлой неделе в ведущих научных журналах.

Изучение ВИЧ вблизи

Опубликовано в Science

Ученые впервые воссоздали первые шаги заражения ВИЧ (вирусом иммунодефицита человека) в пробирке.Команда смогла отслеживать, как вирус реплицировал свой генетический материал и вставлял его в целевую ДНК. Детальное понимание ранних стадий жизненного цикла вируса может помочь в разработке новых методов лечения СПИДа (синдрома приобретенного иммунодефицита).

Это перо динозавра?

Публикуется в Scientific Reports

Перо возрастом 150 миллионов лет, которое было найдено в известняковом карьере в Германии в 1861 году, на протяжении десятилетий сбивало с толку ученых, пытающихся выяснить, принадлежит ли оно птице или динозавру.Это была первая когда-либо обнаруженная окаменелость пера, и теперь передовые микроскопические методы обнаружили, что она произошла из левого крыла птицеподобного динозавра по имени Археоптерикс. Также было обнаружено, что исходный цвет пера не был простым черным или белым, как считалось ранее, а был матово-черным.

Пахнет рыбой

Опубликовано в Current Biology

Вам неприятен и сильнее запах рыбного рынка, чем ваш друг? Не волнуйся. У вашего друга может быть мутировавший ген.Было обнаружено, что мутация в конкретном гене рецептора, называемом следовым амино-ассоциированным рецептором 5 (TAAR5), делает запах рыбы менее интенсивным. Ученые попросили более 9000 человек из Исландии пройти тест на запах и показали, что, хотя у людей меньше обонятельных генов по сравнению с другими видами, некоторые генетические вариации могут сделать людей более чувствительными к определенным запахам.

Когда физик встретил алмаз

Опубликовано в New Journal of Physics

Хотя Мэрилин Монро сказала, что бриллианты — лучшие друзья девушек, теперь правильно сказать, что физикам они нравятся.Более десяти лет назад было показано, что алмазы могут быть сверхпроводниками, если они легированы бором в высоких концентрациях. Другое явление, называемое «триплетной сверхпроводимостью», теперь обнаружено в алмазе. Это более эффективная форма сверхпроводимости, которая теоретически была показана только в алмазах. Исследователи отмечают, что это может произвести революцию в индустрии квантовых материалов.

Бенну и далее

На этом снимке, предоставленном НАСА от 16 ноября 2018 года, показан астероид Бенну. | Фото: AP

Три статьи опубликованы в журнале Science. Щелкните здесь, чтобы прочитать 1, 2, 3

8 сентября 2016 года НАСА запустило OSIRIS-REx с миссией по изучению сближающегося с Землей астероида по имени Бенну. Ожидается, что 20 октября он выполнит попытку сбора образцов Touch-And-Go и доставит образцы на Землю к 2023 году. Три статьи, опубликованные на этой неделе, обсуждают цвет, возраст, состав и распределение материалов на астероиде. Команда отмечает, что минералы, связанные с наличием воды, разбросаны по поверхности Бенну.Его валуны имеют разнообразную текстуру и цвет, что может дать подсказку о солнечном ветре с течением времени.

Подробнее: www.thehindu.com/sci-tech/science/

Использование декодирования слухового внимания для преодоления эффекта коктейльной вечеринки | Специалисты по слуху в Аризоне

Большинство людей, побывавших на коктейльных вечеринках, находят эти приятные моменты, идеально подходящие для общения.

Но для людей с потерей слуха в Tucson это не так весело из-за ограничений обычных слуховых аппаратов.

Группа исследователей изучает новую технологию, которая может помочь людям преодолеть эту проблему в ближайшем будущем.

Описание эффекта коктейльной вечеринки

Обычные слуховые аппараты помогают людям с нарушением слуха, усиливая звуки в среде прослушивания, что позволяет им более эффективно понимать речь.

Но когда говорят несколько человек, слуховые аппараты не могут настроить таргетинг на одного конкретного человека, поэтому они увеличивают громкость всех в комнате.

Это называется эффектом коктейльной вечеринки, термин был введен в обращение еще в 1953 году.

Это относится к неспособности мозга сосредоточиться на одном источнике звука (обычно речи), одновременно блокируя конкурирующие шумы.

Прорыв в области технологий улучшил способность слуховых аппаратов преодолевать отвлекающий фоновый шум, но они не могут изолировать речь от одного конкретного источника, потому что у них нет способа определить, какой говорящий пользователь пытается слушать.

Новая технология обещает потенциальное решение этой проблемы в ближайшие несколько лет.

Исследователи работают над декодированием слухового внимания (AAD) , чтобы увидеть, существует ли практическое применение слухового аппарата, которое могло бы помочь преодолеть эффект коктейльной вечеринки.

Слуховой аппарат, оснащенный AAD, сравнивает мозговые волны слушателя с различными источниками звука и усиливает сигнал, наиболее тесно связанный с активностью его мозга.

Это улучшит способность слушателя сосредоточиться на одном конкретном человеке в переполненной комнате, улучшая его общий слух.

Исследования AAD находятся на очень ранней стадии

И хотя до работоспособного решения еще несколько лет — в настоящее время технология непереносима, вместо этого требуется инвазивная хирургическая процедура — эксперты в области здравоохранения оптимистичны, что слуховой аппарат , использующий AAD, станет реальностью в недалеком будущем. будущее, особенно с учетом того факта, что мозг очень эффективно фокусируется на голосе отдельного человека и подавляет конкурирующие звуки.

«Искусственный интеллект, безусловно, звучит как отличный вариант с точки зрения целенаправленного слушания и установления приоритета того, какой говорящий слушатель хочет услышать», — говорит Трисия Эшби-Скабис, директор аудиологической практики Американской ассоциации речи, языка и слуха в Роквилле.

Расшифровка спид: ВИЧ: что нужно знать

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *