12. juni 2020

Kvantematematikere skaber et nyt værktøj til at identificere smittespredning

Corona

Whiskyproducenter har omlagt produktionen til håndsprit. På samme måde lagde kvantematematikerne på Københavns Universitet hovederne i blød for at se, om de kunne hjælpe med Coronakrisen.

Matematikere på QMATH, VILLUM Centre for the Mathematics of Quantum Theory, arbejder normalt med at udvide vores matematiske forståelse af kvantefysik, en viden, der kan bidrage til at opbygge en megahurtig kvantecomputer. Men centerets matematikere har nu arbejdet på en metode der kan identificere smittekæder.

En viruspartikel går ind i en celle for at kopiere sine gener og for at skabe nye viruspartikler. Når den genetiske information indeholdt i kromosomerne i et virus overføres til et nyt, sker der nogle gange fejl. Der dannes dermed en ny variant af virusset, en mutation. Den nye mutation vil på et tidspunkt mutere igen, hvorved er dannes endnu en form a virusset. På denne måde udvikler vira sig hele tiden.

Man kan lave et fylogenetisk træ, et udviklingstræ, der viser den evolutionære historie. Her kan man se, hvor tæt arter og gener er beslægtet med hinanden.

Når man tester for Corona tager man en prøve og analyserer virusset. Hvis man sammenligner prøverne kan man se, hvor den enkelte mutation befinder sig i træet og dermed, hvor den stammer fra. Problemet er bare, at rigtig mange data skal analyseres for at kunne gøre dette, og man skal finde de rette teknikker til at gøre det.

QMATH-matematikkere vidste, at der fandtes ligheder mellem de såkaldte tensornetværk, som er relevant for kvanteinformation, og de fylogenetiske træer, der er relevante for virusspredning. Motiveret af denne forbindelse analyserede forskerne 742 offentlig tilgængelige danske Coronasekvenser og sammenlignede dem med analyser fra andre lande.

Resultaterne af analyserne bekræfter genetisk, at virussen kom til Danmark fra udlandet, herunder fra Østrig. Der er fundet  flere kæder af mutationer, der er opstået i Danmark. De fandt indicier for, at virusset spredte sig fra Danmark til Island, Sverige og Letland. Dette udfordrer den fælles fortælling om, at Danmark kun blev smittet fra udlandet. Danmark var en del af et netværk af lande, hvor virussen blev transmitteret i.

Teknikken kan fremover hurtigt give viden om, hvordan smitten spreder sig og kan blive et praktisk værktøj til at finde og bekræfte transmissionskæder under genåbningen.

Læs mere om projektet - eller hop direkte til QMATH's videnskabelige artikel Sars-Cov-2 Transmission Chains From Genetic Data: A Danish Case Study.