![[personal profile]](https://www.dreamwidth.org/img/silk/identity/user.png){kind=small}
shvarzПока я тут на лыжах катаюсь, у меня статья вышла: Random drift of HIV populations in culture. Она в свободном доступе, так что читайте.
Я этой статьей особенно горд, потому что я ее практически в одиночку провел от начала до конца. Придумал что и как делать, грант получил под эту идею, эксперименты все сделал, математика нашел данные обрабатывать, статью написал и в журнал заслал, от рецензентов отбился (они хотели больше данных). Если бы я остался в академии, то именно этим бы я сейчас и занимался, а теперь эта работа представляет для меня лишь академический интерес (pun intended).
Если кому интересно о чем статья, то я вкратце под катом напишу. Описание, правда, получилось довольно техническое и скучное. Извините, но расписываться мне сейчас некогда - надо бежать тусоваться с народом.
В почти любой популяции организмов существуют разные варианты одних и тех же генов (аллели). Микроэволюцию можно определить как изменение в пропорциях аллелей в популяции. Например, если в одном поколении аллели A и а были распределены в соотношении 50% на 50%, а в следующем поколении 45% на 55%, то это и есть эволюция.
Есть два основных механизма изменения частот аллелей - естественный отбор и случайный дрейф. Про естественный отбор все наслышаны, а вот случайный дрейф не так широко известен. А зря - он зачастую является более важной движущей силой эволюции, чем отбор.
Что такое случайный дрейф: положим у нас есть популяция, в которой 50% особей имеют аллель A, а другие 50% - аллель a. Положим, что эти аллели совершенно равноценны по своим свойствам. Какова будет частота этих аллелей в следующем поколении? Если популяция бесконечно большая, то так и останется 50/50. Однако если популяция очень маленькая, допустим всего 10 особей, то предсказать частоты становится сложнее - это все равно, что предсказать результат вытаскивания 10 шаров из мешка, в котором половина шаров красные, а половина - черные. Можно вытащить и 5/5, а можно и 4/6 и 10/0. У этих исходов разная вероятность, но все они возможны. Довольно очевидно, что чем меньше популяция, тем больше роль случая в изменении частот аллелей, и тем значительнее изменения в частоте аллелей. Этот процесс описывается тривиальной формулой, в которой вариация (expected variance) частоты аллелей обратно пропорциональна размеру популяции.
Эволюция HIV внутри одного зараженного человека - основная проблема для разработки противовирусных лекарственных препаратов. Вирус мутирует и устойчивые к лекарствам мутанты распространяются в (внутричеловековой) популяции. Поэтому механизмы эволюции HIV активно исследуются. Довольно давно был замечен следующий странный факт: хотя размер популяции HIV внутри одного человека очень велик (10^7-10^8), в его популяции происходит неожиданно активный генетический дрейф. Надо отметить, что в реальных популяциях генетический дрейф всегда немного выше ожидаемого. Однако для HIV разница оказалось очень велика: дрейф там такой, как если бы популяция была 10^3-10^5 (то есть разница между реальным и ожидаемым - 3-4 порядка величины). Для объяснения этого факта были придуманы несколько разных гипотез, между которыми сейчас и идет борьба. Народ дискутирует, собирает данные о генотипах и структуре популяции, моделирует это все математически, и интерпретирует результаты самыми разными образом. Я в них вдаваться не буду, скажу лишь что они достаточно сложны.
В этой статье мы задали простой вопрос: Каково количество генетического дрейфа в популяции HIV в условиях близких к идеальным? В условиях, в которых нет никакой необходимости применять все эти сложные теории?
Я придумал систему, в которой можно достаточно точно измерять размер популяции HIV и происходящий в этой популяции генетический дрейф. Используя эту систему я нашел, что даже в такой простой системе, как культура клеток, наблюдаемый генетический дрейф в 10 раз больше чем можно ожидать исходя из размера вирусной популяции. Пытаясь разобраться почему это так происходит, я выяснил, что достаточно большое влияние оказывает "неодновременность" инфекции. По воле случая некоторые вирусы заражают клетки раньше, чем другие и это уменьшает эффективный размер популяции вирусов. Если инфекцию синхронизировать, то разница уменьшается до 3-х раз. Откуда берутся эти три раза я уже выяснить не смог (кстати, именно этого требовали от меня рецензенты), но могу предположить, что все дело в небольших различиях между заражаемыми клетками. Некоторые из них производят много вирусов, некоторые - мало. Недавно вышла статья, подтверждающая мои предположения. В ней было показано (для другого вируса), что различия между клетками могут быть очень большими - до 4 порядков величины.
Что все это в итоге значит? Это значит, что люди пытающиеся разобраться в том, как эволюционирует популяция HIV, должны принимать во внимание в своих моделях тот факт, что репликация вируса сама по себе является стохастическим процессом и может существенно влиять на генетический дрейф. Вот, собственно, и все :)
Я этой статьей особенно горд, потому что я ее практически в одиночку провел от начала до конца. Придумал что и как делать, грант получил под эту идею, эксперименты все сделал, математика нашел данные обрабатывать, статью написал и в журнал заслал, от рецензентов отбился (они хотели больше данных). Если бы я остался в академии, то именно этим бы я сейчас и занимался, а теперь эта работа представляет для меня лишь академический интерес (pun intended).
Если кому интересно о чем статья, то я вкратце под катом напишу. Описание, правда, получилось довольно техническое и скучное. Извините, но расписываться мне сейчас некогда - надо бежать тусоваться с народом.
В почти любой популяции организмов существуют разные варианты одних и тех же генов (аллели). Микроэволюцию можно определить как изменение в пропорциях аллелей в популяции. Например, если в одном поколении аллели A и а были распределены в соотношении 50% на 50%, а в следующем поколении 45% на 55%, то это и есть эволюция.
Есть два основных механизма изменения частот аллелей - естественный отбор и случайный дрейф. Про естественный отбор все наслышаны, а вот случайный дрейф не так широко известен. А зря - он зачастую является более важной движущей силой эволюции, чем отбор.
Что такое случайный дрейф: положим у нас есть популяция, в которой 50% особей имеют аллель A, а другие 50% - аллель a. Положим, что эти аллели совершенно равноценны по своим свойствам. Какова будет частота этих аллелей в следующем поколении? Если популяция бесконечно большая, то так и останется 50/50. Однако если популяция очень маленькая, допустим всего 10 особей, то предсказать частоты становится сложнее - это все равно, что предсказать результат вытаскивания 10 шаров из мешка, в котором половина шаров красные, а половина - черные. Можно вытащить и 5/5, а можно и 4/6 и 10/0. У этих исходов разная вероятность, но все они возможны. Довольно очевидно, что чем меньше популяция, тем больше роль случая в изменении частот аллелей, и тем значительнее изменения в частоте аллелей. Этот процесс описывается тривиальной формулой, в которой вариация (expected variance) частоты аллелей обратно пропорциональна размеру популяции.
Эволюция HIV внутри одного зараженного человека - основная проблема для разработки противовирусных лекарственных препаратов. Вирус мутирует и устойчивые к лекарствам мутанты распространяются в (внутричеловековой) популяции. Поэтому механизмы эволюции HIV активно исследуются. Довольно давно был замечен следующий странный факт: хотя размер популяции HIV внутри одного человека очень велик (10^7-10^8), в его популяции происходит неожиданно активный генетический дрейф. Надо отметить, что в реальных популяциях генетический дрейф всегда немного выше ожидаемого. Однако для HIV разница оказалось очень велика: дрейф там такой, как если бы популяция была 10^3-10^5 (то есть разница между реальным и ожидаемым - 3-4 порядка величины). Для объяснения этого факта были придуманы несколько разных гипотез, между которыми сейчас и идет борьба. Народ дискутирует, собирает данные о генотипах и структуре популяции, моделирует это все математически, и интерпретирует результаты самыми разными образом. Я в них вдаваться не буду, скажу лишь что они достаточно сложны.
В этой статье мы задали простой вопрос: Каково количество генетического дрейфа в популяции HIV в условиях близких к идеальным? В условиях, в которых нет никакой необходимости применять все эти сложные теории?
Я придумал систему, в которой можно достаточно точно измерять размер популяции HIV и происходящий в этой популяции генетический дрейф. Используя эту систему я нашел, что даже в такой простой системе, как культура клеток, наблюдаемый генетический дрейф в 10 раз больше чем можно ожидать исходя из размера вирусной популяции. Пытаясь разобраться почему это так происходит, я выяснил, что достаточно большое влияние оказывает "неодновременность" инфекции. По воле случая некоторые вирусы заражают клетки раньше, чем другие и это уменьшает эффективный размер популяции вирусов. Если инфекцию синхронизировать, то разница уменьшается до 3-х раз. Откуда берутся эти три раза я уже выяснить не смог (кстати, именно этого требовали от меня рецензенты), но могу предположить, что все дело в небольших различиях между заражаемыми клетками. Некоторые из них производят много вирусов, некоторые - мало. Недавно вышла статья, подтверждающая мои предположения. В ней было показано (для другого вируса), что различия между клетками могут быть очень большими - до 4 порядков величины.
Что все это в итоге значит? Это значит, что люди пытающиеся разобраться в том, как эволюционирует популяция HIV, должны принимать во внимание в своих моделях тот факт, что репликация вируса сама по себе является стохастическим процессом и может существенно влиять на генетический дрейф. Вот, собственно, и все :)
![[identity profile]](https://www.dreamwidth.org/img/silk/identity/openid.png){kind=small}
Re: Об эффективном размере популяции
Date: 2009-03-26 05:56 pm (UTC)Re: Об эффективном размере популяции
Date: 2009-03-26 06:47 pm (UTC)Специальных курсов я не слушал, если вопрос об этом. Есть множество замечательных книг. Часть из них однако довольно сильно математизированы. Но читать надо параллельно, по-моему. Толстый учебник для биологов (типа Хартл, Кларк) и математически ориентированную книгу (лучший вариант с моей точки зрения это Эванс, Warren John Ewens). Ну а если заморачиваться особо не хочется, то лучше всего взять тоненькую книгу Гиллеспая, там все важное есть.
Re: Об эффективном размере популяции
Date: 2009-03-26 07:02 pm (UTC)Я не думаю, что тонкую брошюрку почитать -- это лучше. Лучше со специалистами побеседовать, с живыми.
Re: Об эффективном размере популяции
Date: 2009-03-26 07:08 pm (UTC)Я еще уточню, что занимаюсь вопросами популяционной генетики профессионально (в смысле, за деньги).
Re: Об эффективном размере популяции
Date: 2009-03-26 07:24 pm (UTC)Я очень рад, что Вам удается зарабатывать деньги любимым Вами профессиональным занятием.
О Гиллеспае и Кимуре
Date: 2009-03-26 07:31 pm (UTC)Честолюбивый Кимура обиделася на разгромную рецензию Гиллеспая в Саянс на его книгу 1983 года. Рецензия на самом деле довольно хамская, а уж по меркам самураев должно быть вовсе оскорбительная.
Спасибо, но я предпочел бы закончить обсуждение меня и перейти к более интересным вопросам, если у вас есть что сказать по предмету моих первых двух постов.
Re: О Гиллеспае и Кимуре
Date: 2009-03-26 08:07 pm (UTC)Gene. 2000 Dec 30;261(1):27-33. Neutralism and selectionism: the molecular clock. Ayala FJ.
А по предмету Ваших первых двух постов Вам наверное хозяин журнала сам захочет ответить. Зачем же я буду лишать его удовольствия.
Re: О Гиллеспае и Кимуре
Date: 2009-03-26 08:19 pm (UTC)There are only two predictions we are willing to make about the future of molecular evolution. The first concerns old controversies. Issues such as the neutralist-selectionist controversy or the antiquity of introns, will continue to be debated with varying degrees of ferocity, and roars of "The Neutral Theory Is Dead" and "Long Live the Neutral Theory" will continue to reverberate, sometimes in the title of a single article.