Vladimir P. Zhdanov

o Secție de Fizică Biologică, Departamentul de Fizică, Universitatea de Tehnologie Chalmers, S-41296 Göteborg, Suedia

infecției

b Institutul de Cataliză Boreskov, Academia Rusă de Științe, Novosibirsk 630090, Rusia

Joshua A. Jackman

c Școala de inginerie chimică, Universitatea Sungkyunkwan, Suwon 16419, Republica Coreea

Abstract

1. Introducere

Mecanismele de inițiere și răspândire a infecțiilor virale sunt extrem de diverse și complexe, iar una dintre modalitățile de clarificare a acestora se bazează sistematic pe dezvoltarea modelelor teoretice (Bocharov și colab., 2018b, Goyal și colab., 2019, Altan-Bonnet și colab., 2020, Handel și colab., 2020). Clasificarea unor astfel de modele include patru niveluri complementare, cu accent, respectiv, pe (i) populațiile umane sau animale [a se vedea, de exemplu, articolele lui Gao și colab. (2019) și Fabricius și Maltz (2020) și referințe în acest document], (ii) populații de viruși și celule [revizuite în Bocharov și colab. (2018b), Smith (2018), Goyal și colab. (2019) și Handel și colab. (2020)], (iii) interacțiunea pașilor cinetici intracelulari [revizuită de Yin și Redovich (2018) și Zhdanov (2018)] și (iv) detalii mecanice ale pașilor unici [revizuită de Jefferys și Sansom (2019) și Altan Bonnet și colab. (2020)]. Modelele corespunzătoare sunt în primul rând temporale. Dezvoltarea modelelor spațio-temporale referitoare la categoriile (ii) și (iii) este adesea complicată din cauza informațiilor limitate despre modul în care virusurile se răspândesc în mediile de țesuturi complexe ale organismelor vii [astfel de studii sunt revizuite pe scurt, de exemplu, de Sewald și colab. (2016)] și ce se întâmplă în interiorul celulelor [revizuit de Yin și Redovich (2018)].

În ceea ce privește noutatea modelului nostru în contextul ASFv, observăm că acum există câteva modele cinetice legate de ASFv (Barongo și colab., 2016; Vergne și colab., 2016; Halasa și colab., 2018, O'Neill și colab., 2020). În cadrul clasificării de mai sus, acestea aparțin categoriei (i). De exemplu, cel mai recent model temporal propus de O'Neill și colab. (2020) se bazează pe împărțirea porcilor în patru grupe, inclusiv cele care sunt, respectiv, neinfectate și susceptibile la infecție, infectate și capabile să transmită virusul, au supraviețuit și au murit. Fiecare dintre primele trei grupuri este împărțit în două subgrupuri (tinere și mature). Astfel, există șapte ecuații pentru populațiile corespunzătoare. Cu aceste ingrediente, modelul a permis autorilor să evalueze strategiile de control al bolii. În schimb, modelul nostru aparține categoriei (ii) și, prin urmare, este complementar modelelor menționate mai sus.

Prezentarea noastră de mai jos este împărțită în cinci secțiuni. În primul rând, ne reamintim modul în care inițierea infecțiilor virale este descrisă în cadrul modelului temporal standard (Secțiunea 2). În al doilea rând, completăm acest model încorporând termeni pentru a descrie fluxul unui mediu care conține furaje și difuzia virionilor și prezentăm rezultatele analitice corespunzătoare în cazul în care parametrii cinetici sunt independenți de coordonată (Secțiunea 3). În al treilea rând, arătăm rezultatele calculelor numerice efectuate fără și cu dependența parametrilor cinetici de coordonatele de-a lungul regiunii infectate (Secțiunea 4). În al patrulea rând, discutăm pe scurt și ilustrăm modul în care poate fi descrisă funcția aditivilor furajeri utilizați pentru a suprima infecția (secțiunea 5). În cele din urmă, prezentăm principalele noastre concluzii (Secțiunea 6).

2. Model temporal standard

Modelul temporal „standard” (sau „de bază”) minim al infecției virale funcționează cu concentrațiile (sau populațiile) de celule și virioni țintă și infectați, C ∗ (t), C (t) și c (t) (Perelson, 2002, Smith, 2018). Matematic, poate fi formulat ca