Data-driven Computational Modeling of the Growth and Spread of Viruses

病毒生长和传播的数据驱动计算模型

基本信息

  • 批准号:
    7665518
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 35.1万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
  • 财政年份:
    2006
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2006-07-15 至 2011-06-30
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

DESCRIPTION (provided by applicant): Our long-term objective is to understand how interactions between genomes and their environments influence the growth of simple organisms. We focus on the genomes of viruses because they carry a small number of genes, essential functions of these genes are often known, and the stages of the virus growth cycle have frequently been well characterized. Viruses also cause many human diseases including, for example, AIDS, influenza, cancer, SARS, and the common cold. Moreover, natural and engineered viruses have potential applications as vaccines and anti-cancer therapeutics. We propose in the first stage of this project to advance a quantitative and integrative understanding of vesicular stomatitis virus (VSV) by building a model of its growth. VSV ranks among the best-characterized viruses. Specific aims are to: (1) develop a data-driven intracellular computational model for the one-cycle growth of VSV, (2) evaluate the model using experimental data from a panel of recombinant VSV strains, and (3) employ the model to predict how gene order affects VSV growth. In natural host organisms viral infections span beyond one-cycle of growth, they spread spatially, and different infected cells produce different levels of virus. The second stage of the project will begin to address these realities by expanding our initial virus model to: (A) simulate the spatial spread of virus over many generations, and (B) examine how stochastic effects influence VSV one-cycle growth. Specifically, in project (A) we will develop a computational model that couples VSV growth with its spatial spread over many infection cycles. We will perform experiments to enable this model to incorporate and account for experimentally observed inhibitory effects of interferon-mediated cell-cell signaling on VSV growth and spread. In project (B) we will carry out single-cell experimental measurements of infection intermediates and production of virus progeny. At the same time, we will develop a stochastic model of VSV one-cycle growth to interpret these data and assess the role of stochastic effects on virus production by single infected cells. All computer simulations will be solved using the open-source numerical software GNU Octave (www.octave.org), an interactive system for numerical computations that has a growing worldwide user base. Data and software from this project, including a new method for parameter estimation for stochastic models, will be disseminated through a project-dedicated website.
描述(由申请人提供):我们的长期目标是了解基因组与其环境之间的相互作用如何影响简单生物体的生长。我们关注病毒的基因组,因为它们携带少量基因,这些基因的基本功能通常是已知的,并且病毒生长周期的阶段通常已经得到很好的表征。病毒还引起许多人类疾病,包括艾滋病、流感、癌症、非典和普通感冒。此外,天然和工程病毒具有作为疫苗和抗癌疗法的潜在应用。我们建议在该项目的第一阶段通过建立水疱性口炎病毒(VSV)的生长模型来促进对水疱性口炎病毒(VSV)的定量和综合理解。 VSV 跻身最具特征的病毒之列。具体目标是:(1) 开发一种数据驱动的 VSV 单周期生长细胞内计算模型,(2) 使用一组重组 VSV 菌株的实验数据评估该模型,(3) 使用该模型预测基因顺序如何影响 VSV 生长。在自然宿主生物体中,病毒感染跨越一个生长周期,它们在空间上传播,不同的受感染细胞产生不同水平的病毒。该项目的第二阶段将通过扩展我们最初的病毒模型来开始解决这些现实问题:(A) 模拟病毒在多代中的空间传播,以及 (B) 研究随机效应如何影响 VSV 单周期生长。具体来说,在项目 (A) 中,我们将开发一个计算模型,将 VSV 生长与其在许多感染周期中的空间传播结合起来。我们将进行实验,使该模型能够纳入并解释实验观察到的干扰素介导的细胞间信号传导对 VSV 生长和扩散的抑制作用。在项目(B)中,我们将对感染中间体和病毒后代的产生进行单细胞实验测量。同时,我们将开发一种 VSV 单周期生长的随机模型来解释这些数据并评估随机效应对单个感染细胞产生病毒的作用。所有计算机模拟都将使用开源数值软件 GNU Octave (www.octave.org) 来解决,这是一个交互式数值计算系统,在全球范围内拥有不断增长的用户群。该项目的数据和软件,包括随机模型参数估计的新方法,将通过项目专用网站传播。

项目成果

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