Development and analysis of mathematical models for the quantification of the number of antibodies needed for virus neutralization, and for estimating the rates at which viral escape variants arise under selection pressure induced by the antibody response

• Antragsteller: Dr. Carsten Magnus
• Subject Area: Bioinformatik und Theoretische Biologie
• Term: from 2011 to 2013
• Project identifier: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Project number 200991120

Obwohl das Humane Immundefizienz-Virus (HIV) seit seinem ersten dokumentierten Auftreten in den 1980er Jahren äußerst detailliert erforscht wurde, konnte noch kein Impfstoff gegen HIV gefunden werden. Wirksame Impfstoffe, z.B. gegen Masern, Mumps oder Influenza, regen das Immunsystem an, Antikörper zu produzieren, die in den Körper eindringende Virionen sofort neutralisieren. Neben Schwierigkeiten, Antikörper zu finden, die viele der zirkulierenden HIV-Stämme neutralisieren können, könnte eine weiterer Grund für das Versagen von HIV-Impfstoffkandidaten sein, dass sie nicht in der Lage sind, die Produktion einer ausreichend hohen Anzahl an Antikörpern zu stimulieren. Um dies zu überprüfen, wird im ersten Projekt die Anzahl der zur Neutralisation benötigten Antikörper quantifiziert. Dazu wird das in die Virologie übertragene Konzept der Stöchiometrie mit dem chemischen Konzept der Bindungskinetik verknüpft. So kann die zur Neutralisation benötigte Anzahl an Antikörpern aus Titrationskurven, die in der Virologie zur Charakterisierung von Antikörpern erstellt werden, gelesen werden.Falls ein Impfstoff das Immunsystem nicht zur Produktion einer zur Neutralisation ausreichenden Menge an Antikörpern stimulieren kann, ist es möglich, dass gegen die Antikörper resistente Virusvarianten evolvieren. In einem weiteren Projekt werden die Raten, mit denen diese Varianten auftreten, bestimmt. Dazu dient ein mathematisches Modell, dass die Dynamik von unterschiedlichen Virussträngen beschreibt. Mit diesem Modell können die Raten von Escape-Varianten gegen unterschiedliche Antikörper bestimmt werden. Die vorgeschlagenen Projekte kombinieren komplexe mathematische Modelle mit virologisch relevanten Daten. Mit diesem Ansatz können Impfstoffkandidaten daraufhin geprüft werden, ob sie eine ausreichend hohe Anzahl an Antikörpern stimulieren und wenn dies nicht der Fall ist, wie schnell Virusvarianten evolvieren, die resistent gegen die vom Impfstoff induzierte Antikörperantwort sind.

• DFG Programme: Forschungsstipendien
• International Connection: Großbritannien, Schweiz
• Gastgeberinnen: Professorin Dr. Angela McLean; Professorin Dr. Alexandra Trkola