![[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: 2009-03-28 12:45 am (UTC)Кстати, о строгом математическом определении: Вы привели строгое математическое определение variance effective pop.size, а я говорил о effective pop.size. Для первого действительно есть строгое определение, а я говорил о вотором, для которого - нет. Обычно когда говорят effective pop.size, то имеют в виду variance effective pop.size, но не всегда. Отсюда и "эфемерность" этого понятия в биологии (в биологии вообще, популяционные биологи более корректно к этому подходят).
Re: Об эффективном размере популяции
Date: 2009-03-28 01:03 am (UTC)Меня сбили с толку слова о "количестве генетического дрейфа", которые для меня звучат еретически. Только со второго просмотра я понял, что именно вы имеете ввиду.
Re: Об эффективном размере популяции
Date: 2009-03-28 01:08 am (UTC)Re: Об эффективном размере популяции
Date: 2009-03-28 01:15 am (UTC)Я бы лично предпочел при чтении, если бы везде var. effective pop. s. стояло, но я понимаю и ваши доводы.
Re: Об эффективном размере популяции
Date: 2009-03-28 04:00 pm (UTC)Re: Об эффективном размере популяции
Date: 2009-03-28 04:20 pm (UTC)Re: Об эффективном размере популяции
Date: 2009-03-28 04:44 pm (UTC)Re: Об эффективном размере популяции
Date: 2009-03-28 05:51 pm (UTC)Re: Об эффективном размере популяции
Date: 2009-03-28 09:43 pm (UTC)Re: Об эффективном размере популяции
Date: 2009-03-28 10:19 pm (UTC)Что я хотел подчеркнуть: вы изучаете HIV пользуясь совершенно точно математически определяемым понятием эффективного размера популяции. После этого пользуетесь найденными оценками, пытаясь определить "величину генетического дрейфа", хотя определение, приведенное vasia_iz_aa, гораздо более естественно для этого понятия (естественно математически). У него и свой эффективный размер популяции есть -- так называемый eigenvalue effective population size. Вы же постом выше предложили этот эффективный размер популяции игнорировать :)