SPHERE – ultra brzi računalni softver za praćenje pandemija u realnom vremenu

Informatičari i matematičari s Državnog sveučilišta u Georgiji tvrde da je novi softver nekoliko redova veličine brži od postojećih računalnih programa i da može obraditi više od 200.000 novih genoma virusa u manje od dva sata. Softver zatim gradi jasno vizualno stablo sojeva i gdje se šire.

Te informacije mogu biti od neprocjenjive važnosti za zemlje koje rano donose odluke o zatvaranju, karanteni, socijalnom distanciranju i testiranju tijekom izbijanja zaraznih bolesti.

Filodinamika varijante pandemijskog koronavirusa VOC Delta G/478K.V1 (B.1.617.2) prvi put otkrivene u Indiji
Filodinamika varijante pandemijskog koronavirusa VOC Delta G/478K.V1 (B.1.617.2) prvi put otkrivene u Indiji

Rad u kojem je opisuje novi pristup upravo je objavljen u Journal of Computational Biology.

Prilika bez presedana

Pandemija Covida-19 bila je izazov i prilika bez presedana za znanstvenike koji su sekvencirali dosad nezabilježenu količinu kompletnih genoma virusa, a nove varijante sekvenciraju se doslovno iz sata u sat. Sojevi SARS-CoV-2 učitani su u besplatnu globalnu bazu podataka GISAID, odakle ih svaki znanstvenik može izvući i proučavati. Istraživači iz Georgije analizirali su tako više od 300.000 različitih GISAID sojeva za svoj novi rad.

Karta pojavljivanja praćene varijante, objavljena na GISAID-u
Karta pojavljivanja praćene varijante, objavljena na GISAID-u

U prvim danima sekvenciralo se puno sporije; programi nisu bili dovoljno brzi, niti su bili skalabilni, a algoritmi nisu bili opremljeni za rukovanje ogromnim količinama podataka. I najmanje podskupine virusnih genoma obrađivale su se satima pa čak i danima. Zato su istraživači sa sveučilišta u Georgiji stvorili novi algoritam za virusno sekvenciranje nazvan SPHERE (Scalable PHylogEny with Recurrent mutations). 


SPHERE može brzo obrađivati ​​ogromne količine podataka u stvarnom vremenu i stvoriti evolucijska stabla virusa i njegovih mutacija. Ove vizualizacije mogu se lako shvatiti na prvi pogled. Sam računalni program je besplatno dostupan za preuzimanje svakom istraživaču u svijetu.


Stablo filogenije. Svaki rub označen je brojem mutacija između roditelja i djeteta, a veličine čvorova predstavljaju broj sekvenci dodijeljenih čvoru
Stablo filogenije. Svaki rub označen je brojem mutacija između roditelja i djeteta, a veličine čvorova predstavljaju broj sekvenci dodijeljenih čvoru

Pouzdan pristup

Kada su istraživači primijenili svoj algoritam na genome iz baze podataka GISAID, otkrili su da je njihov pristup vrlo pouzdan u praćenju načina na koji se virus širi. SPHERE može pomoći znanstvenicima da istraže kako se virus razvija u stvarnom vremenu.


Ovaj algoritam mogao bi se pokazati neprocjenjivim u budućim pandemijama jer se pomoću njega vrlo brzo mogu pronaći lanci prijenosa. Uočavanje tih lanaca pomoći će vladama da donesu razumne odluke o distanciranju ili izolaciji tijekom razdoblja visoke transmisije.


Praćenje širenja pandemije u realnom vremenu
Praćenje širenja pandemije u realnom vremenu

SPHERE također može pokazati kakav je stvarni utjecaj različitih pristupa epidemijama, od opuštenijeg kakav je primijenjen u Švedskoj, do potpunih zaključavanja kao na Novom Zelandu.