用数学解决感染问题

数学教授应用数学模型和机器学习来减轻感染

埃斯特万·埃尔南德斯-巴尔加斯会说四种语言，但他不是语言学家.

尽管他在许多精明的期刊上发表了病毒学研究, 巴尔加斯并不认为自己有深厚的自然科学背景.

作为一名教员 数学与统计科学系, 巴尔加斯教授高级微积分课程, 他最近还获得了两项令人羡慕的研究资助，其中包括250美元的资助,美国国家科学基金会资助, 600美元,000卫生研究所赠款.

我用数学的眼光观察传染病. 埃斯特万Hernandez-Vargas，助理教授

这些资助支持他的工作，以揭示数学途径，更好地理解两个看似无关的结果:细胞如何对病毒的攻击作出反应，以及长期服用不同剂量的抗生素如何阻止抗生素耐药细菌引起的感染.

在他三楼的办公室里 大厅边缘 黑板上潦草地写着数学公式，当巴尔加斯不在电脑屏幕前将数据处理成数学生物学和机器学习中使用的方程时，他会对这些公式进行微调.

巴尔加斯的工作记录在20年前的期刊文章中，这些文章的标题包括, “流感,“流行病”和“免疫反应”.”

“我用数学的眼光观察感染，”巴尔加斯说.

这意味着他剖析数据, 建立数学模型, 微调假设, 调整模型并做出预测——比如病毒入侵细胞的速度有多快, 全身扩散, 可能会使系统崩溃并导致死亡.

他说:“我根据生物学实验的结果完善了数学假设。.

这些实验是由与他密切合作的白衣病毒学家在实验室完成的, 但在远处. 他的办公室是一个简朴的工作场所，在校园里一栋20世纪中期的棕色石头建筑里，可以看到庭院景观. 在一块大黑板上，他用数学语言说明了他的工作进展.

这是他说得很流利的语言之一. 其他语言包括西班牙语、英语和德语.

出生在墨西哥, 巴尔加斯在都柏林获得数学博士学位, 爱尔兰, 并在德国工作了几年，模拟了病毒感染的各个方面.

德国《365体育滚球》(Frankfurter Allgemeine)刊登了一篇文章，标题是“流感诊断的新方法”,以及亥姆霍兹感染研究中心的一份新闻稿。亥姆霍兹感染研究中心是一家位于不伦瑞克的公共资助研究机构, 德国, 瓦格斯工作的地方——通过数学模型分析免疫系统反应.

自从去年加入数学系以来, 巴尔加斯继续他的工作，以更好地了解如何减轻感染. 这项研究有助于制定公共卫生政策，以防再次发生像COVID-19引起的大流行这样的全球性病毒爆发.

尽管通过常微分方程建立的早期模型在大流行期间提供了宝贵的信息, 免疫系统中与时间相关的因素——细胞产生抗体的速度有多快，或者何时调整免疫反应——最好是通过将常微分方程与机器学习相结合来解决, 一个强大的计算工具，可以集成复杂生物系统中固有的大型数据集.

“我们正在创建新的杂交模型，并使用小鼠来测试预测，这些预测解决了研究感染生物学的研究人员的一个核心问题:在致命的呼吸道病毒感染期间，如何以及何时调节免疫反应以降低死亡率,巴尔加斯说.

这项工作与……密切相关 伊利诺伊大学谭雅·三浦教授的 免疫学研究. 三浦的实验室提供了瓦尔加斯在计算中使用的数据.

联邦基金还将帮助巴尔加斯建立一个数学框架，以了解细菌种群是如何进化的，以及如何安排抗生素——在一系列的日子里以不同的间隔使用一种以上的抗生素——来对抗抗生素耐药细菌的感染.

“最近基于循环抗生素的创新治疗方法的兴起为解决抗生素耐药性提供了一个绝佳的机会,巴尔加斯说. “在不考虑潜在相互作用的基于机制的知识的情况下，通过反复试验来安排抗生素的顺序和时间，这在很大程度上尚未得到探索.”

提供的数据集 伊利诺伊大学克拉斯·乌德库教授的 实验室, Vargas将开发和分析一系列新的数学模型，这些模型描述了通过有效的治疗循环来根除耐药细菌群的一般条件.

“最终,巴尔加斯说, “预期的结果可能会对预测建模和生物学领域产生重大影响.”

这项研究可以为更好地临床监测流感和其他呼吸道感染铺平道路.

本文由 拉尔夫Bartholdt大学传媒. 

照片 里约热内卢施皮尔大学视觉制作.

出版于2024年2月.

这些项目由美国国家科学基金会资助给365滚球官网董事会，项目编号2315862, 项目资金总额为250美元,其中百分之百是联邦政府的份额, 由美国国立卫生研究院批准，编号1R01GM152736, 以171美元的价格,其中百分之百是联邦的份额.