uprinmatusИзвестия Юго-Западного государственного университета. Серия: Управление, вычислительная техника, информатика. Медицинское приборостроениеProceedings of the Southwest State University. Series: IT Management, Computer Science, Computer Engineering. Medical Equipment Engineering2223-1536Юго-Западный государственный университет10.21869/2223-1536-2023-13-2-76-94uprinmatus-105Research ArticleСИСТЕМНЫЙ АНАЛИЗ И ПРИНЯТИЕ РЕШЕНИЙSYSTEM ANALYSIS AND DECISION-MAKINGСистемный анализ и математическое моделирование инфекционной безопасности заболевания, вызываемого штаммами коронавируса COVID-19System Analysis and Mathematical Modeling of Infection Safety Human Caused by COVID-19 Coronavirus Strainshttps://orcid.org/0000-0002-3097-7037КостаревС. Н.KostarevS. N.

Сергей Николаевич Костарев, доктор технических наук, профессор, профессор кафедры

кафедра безопасности жизнедеятельности

614990

ул. Петропавловская, д. 23

кафедра информационных технологий и автоматизированных систем

614990

Комсомольский пр-т, д. 29

кафедра зоотехнии

614012

ул. Карпинского, д. 125

Пермь

Sergey N. Kostarev, Dr. of Sci. (Engineering), Professor, Professor of the Department

Department of Life Safety

614990

23 Petropavlovskaja Str.

Department of Information Technology and Automated Systems

614990

29 Komsomolski Ave.

Department of Animal Science

614012

125 Karpinskogo Str.

Perm

Perm

iums@dom.raid.ruФайзрахмановР. А.FayzrakhmanovR. A.

Рустам Абубакирович Файзрахманов, доктор экономических наук, заведующий кафедрой

кафедра информационных технологий и автоматизированных систем

614990

Комсомольский пр-т, д. 29

Пермь

Rustam A. Fayzrakhmanov, Dr. of Sci. (Economics), Head of the Department

Department of Information Technology and Automated Systems

614990

29 Komsomolski Ave.

Perm

fayzrakhmanov@gmail.comТатарниковаН. А.TatarnikovaN. А.

Наталья Александровна Татарникова, доктор ветеринарных наук, заведующий кафедрой

кафедра инфекционных болезней

614990

ул. Петропавловская, д. 23

Пермь

Natalia А. Tatarnikova, Dr. of Sci. (Veterinary), Head of the Department

Department of Infectious Diseases

614990

23 Petropavlovskaja Str.

Perm

tatarnikova.n.a@yandex.ruhttps://orcid.org/0000-0001-6997-9067НовиковаО. В.NovikovaO. V.

Оксана Валерьевна Новикова, доктор ветеринарных наук, профессор

кафедра внутренних незаразных болезней, хирургии и акушерства

614990

ул. Петропавловская, д. 23

Пермь

Oksana V. Novikova, Dr. of Sci. (Veterinary), Professor

Department of Internal Non-Infectious Diseases, Surgery and Obstetrics

614990

23 Petropavlovskaja Str.

Perm

kochetovaox@yandex.ruСередаТ. Г.SeredaT. G.

Татьяна Геннадьевна Середа, доктор технических наук, профессор

кафедра безопасности жизнедеятельности

14990

ул. Петропавловская, д. 23

Пермь

Tatyana G. Sereda, Department of Internal Non-Infectious Diseases, Surgery and  Obstetrics

Department of Life Safety

614990

23 Petropavlovskaja Str.

Perm

iums@dom.raid.ruПермский государственный аграрно-технологический университет имени академика Д. Н. Прянишникова; Пермский национальный исследовательский политехнический университет; Пермский институт ФСИН РоссииРоссияPerm State Agrarian-Technological University named after Academician D. N. Pryanishnikov; Perm National Research Polytechnic University; Perm Institute of the FPS of RussiaRussian FederationПермский национальный исследовательский политехнический университетРоссияPerm National Research Polytechnic UniversityRussian FederationПермский государственный аграрно-технологический университет имени академика Д. Н. ПрянишниковаРоссияPerm State Agrarian-Technological University named after Academician D. N. PryanishnikovRussian Federation2023030820231327694Copyright © Костарев С.Н., Файзрахманов Р.А., Татарникова Н.А., Новикова О.В., Середа Т.Г., 20232023Костарев С.Н., Файзрахманов Р.А., Татарникова Н.А., Новикова О.В., Середа Т.Г.Kostarev S.N., Fayzrakhmanov R.A., Tatarnikova N.А., Novikova O.V., Sereda T.G.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://uprinmatus.elpub.ru/jour/article/view/105

   Цель исследования заключается в разработке моделей, характеризующих систему «Клетка – Вирус – Среда обитания».

   Методы

   Методы. Способность коронавирусов выходить из клетки без ее апоптоза является важным фактором, обеспечивающим возможность умеренной инфекции. С описанием полного гена 2019-nCoV можно ознакомиться в банке геномов вирусов GenBank: MN908947.3. В настоящее время сведения об эпидемиологии, клинических особенностях, профилактике и лечении данного заболевания изучаются учеными во всем мире. Теоретические подходы при исследовании были основаны на теории вирусологии, системного анализа, дифференциально-интегрального исчисления и теории вероятности. В качестве материалов выступали показатели иммунограмм за период 2020–2021 гг. по исследованиям влияния коронавирусной инфекции на жителей Пермского края. Данные по активности коронавируса и количестве заболевших жителей брались из открытых источников. Данные о количестве жителей, проживающих в Пермском крае, были взяты из переписи населения. Строение генома SARS-CoV-2 отражено в базе данных GenBank: MN908947.3. Трекер мутаций SARS-CoV-2 изучался по хранилищу: https://users.math.msu.edu/users/weig/SARS-CoV-2MutationTracker.html.

   Результаты

   Результаты: разработана и исследована модель «Клетка – Вирус – Среда обитания»; построена система дифференциальных эмпирических уравнений, характеризующих изменения параметров иммунограмм среди подросткового и детского возраста жителей Пермского края; построена и исследована система уравнений Колмогорова, описывающая динамику развития пандемии в Пермском крае.

   Заключение

   Заключение. Одной из последствий новой коронавирусной инфекции может явится изменение в иммунной системе популяции людей. Детальный анализ иммуннологического статуса различных расовых групп, различных возрастов и гендерных признаков под влиянием новой коронавирусной инфекции в настоящее время мало изучен.

   The purpose of research is to develop models characterizing the "Cell–Virus–Habitat" system.

   Methods

   Methods. The ability of coronaviruses to exit the cell without its apoptosis is an important factor providing the possibility of moderate infection. A description of the complete 2019-nCoV gene can be found in the GenBank Virus Genome bank: MN908947.3. Currently, information about the epidemiology, clinical features, prevention and treatment of this disease is being studied by scientists all over the world. Theoretical approaches in the study were based on the theory of virology, system analysis, differential integral calculus and probability theory. The materials were immunogram indicators for the period 2020-2021. According to studies of the effect of coronavirus infection on residents of the Perm Region. Data on the activity of the coronavirus and the number of sick residents were taken from open sources. Data on the number of residents living in the Perm Region were taken from the population census. The structure of the SARS-CoV-2 genome is reflected in the GenBank data-base: MN908947.3. The SARS-CoV-2 mutation tracker was studied by the repository: https://users.math.msu.edu/users/weig/SARS-CoV-2 Mutation Tracker.html .

   Results

   Results: the "Cell–Virus–Habitat" model was developed and investigated; a system of differential empirical equations characterizing changes in immunogram parameters among underage and child-aged residents of the Perm Region was constructed and investigated; a system of Kolmogorov equations describing the dynamics of the pandemic in the Perm Region was constructed and investigated.

   Conclusion

   Conclusion. One of the consequences of a new coronavirus infection may be a change in the immune system of the human population. A detailed analysis of the immunological status of various racial groups, different ages and gender characteristics under the influence of a new coronavirus infection is currently poorly understood.

коронавирусSARS-CoV-2иммунограммаcoronavirusSARS-CoV-2immunogramИсследование выполнено при финансовой поддержке Пермского национального исследовательского политехнического университета в рамках реализации программы деятельности НОЦ мирового уровня «Рациональное недропользование» (соглашение 075-10-2022-11016 от 08.11.2022 г.)This research was carried out with the financial support of the Ministry of Science and Higher Education of the Russian Federation in the framework of the program of activities of the Perm Scientific and Educational Center "Rational Subsoil Use" (agreements 075-10-2022-11016 dated 11/08/2022)ReferencesImpact of the New Coronavirus Infection on the Immune System of Children and Adolescents in the Region of the Russian Federation / S. Kostarev, O. Komyagina, R. Fayzrakhmanov, D. Kurushin, N. Tatarnikova, O. Novikova, T. Sereda // International Journal of Environmental Research and Public Health. 2022. Vol. 19 (20). P. 13669. doi: 10.3390/ijerph192013669.Kostarev S., Komyagina O., Fayzrakhmanov R., Kurushin D., Tatarnikova N., Novikova O., Sereda T. Impact of the New Coronavirus Infection on the Immune System of Children and Adolescents in the Region of the Russian Federation. International Journal of Environmental Research and Public Health, 2022, vol. 19 (20), p. 13669. doi: 10.3390/ijerph192013669Bai C., Zhong Q., Gao G. F. Overview of SARS-CoV-2 genome-encoded proteins // Sci China Life Sci. 2022. Vol. 65. P. 280–294. doi: 10.1007/s11427-021-1964-4.Bai C., Zhong Q., Gao G. F. Overview of SARS-CoV-2 genome-encoded proteins. Sci China Life Sci., 2022, vol. 65, pp. 280–294. doi: 10.1007/s11427-021-1964-4Sohpal V. K. Computational analysis of SARS-COV-2, SARS-COV, and MERS-COV genome using MEGA // Genomics and Informatics. 2020. Vol. 18, N 3. P. 1–7.Sohpal V. K. Computational analysis of SARS-COV-2, SARS-COV and MERS-COV genome using MEGA. Genomics and Informatics, 2020, vol. 18, no. 3, pp. 1–7.Yu Chen, Qianyun Li, Deyin Gu. Emerging coronaviruses: genome structure, replication, and pathogenesis // Journal of Medical Virology. 2020. N 92 (4). P. 418–423.Yu Chen, Qianyun Li, Deyin Gu. Emerging coronaviruses: genome structure, replication, and pathogenesis. Journal of Medical Virology, 2020, no. 92 (4), pp. 418–423.Markov P. V., Katzourakis A., Stilianakis N. I. Antigenic evolution will lead to new SARS-CoV-2 variants with unpredictable severity // Nat Rev Microbiol. 2022. Vol. 20 (5). P. 251–252. doi: 10.1038/s41579-022-00722-z.Markov P. V., Katzourakis A., Stilianakis N. I. Antigenic evolution will lead to new SARS-CoV-2 variants with unpredictable severity. Nat Rev Microbiol, 2022, vol. 20 (5), pp. 251–252. doi: 10.1038/s41579-022-00722-zJiahui Chen, Rui Wang, Guo-Wei. Review of the mechanisms of SARS-CoV-2 evolution and transmission. URL: https://arxiv.org/abs/2109.08148 (дата обращения: 17. 03. 2023).Jiahui Chen, Rui Wang, Guo-Wei. Review of the mechanisms of SARS-CoV-2 evolution and transmission. Available at: https://arxiv.org/abs/2109.08148. (accessed 17. 03. 2023)Вечорко В. И., Аверков О. В., Зимин А. А. Новый штамм SARS-COV-2 омикрон – клиника, лечение, профилактика (обзор литературы) // Кардиоваскулярная терапия и профилактика. 2022. Т. 21, № 6. С. 89–98.Vechorko V. I., Averkov O. V., Zimin A. A. Novyj shtamm SARS-COV-2 omikron – klinika, lechenie, profilaktika (obzor literatury) [New SARS-COV-2 strain omicron – clinic, treatment, prevention (literature review)]. Kardiovaskuljarnaja terapija i profilaktika = Cardiovascular Therapy and Prevention, 2022, vol. 21, no. 6, pp. 89–98.Вариант «ОМИКРОН?» вируса SARS-COV-2 как доминантный агент нового подъёма заболевания в условиях пандемии COVID-19 / Г. Г. Онищенко, Т. Е. Сизикова, В. Н. Лебедев, С. В. Борисевич // Вестник Российской академии наук. 2022. Т. 92, № 7. С. 636–646.Onishhenko G. G., Sizikova T. E., Lebedev V. N., Borisevich S. V. Variant "OMIKRON?" virusa SARS-COV-2 kak dominantnyj agent novogo pod#joma zabolevanija v uslovijah pandemii COVID-19 [Option "OMICRON?" of the SARS-COV-2 virus as a dominant agent of a new rise in the disease in the context of the COVID-19 pandemic]. Vestnik Rossijskoj akademii nauk = Herald of the Russian Academy of Sciences, 2022, vol. 92, no. 7, pp. 636–646.В Пензу выпустили «Кракена». URL: https://www.kommersant.ru/doc/5761223 (дата обращения: 10. 03. 2023).V Penzu vypustili "Krakena" [The Kraken was released to Penza]. Available at: https://www.kommersant.ru/doc/5761223. (accessed 10. 03. 2023)В России за сутки COVID-19 заболели более 7,1 тыс. человек. URL: https://www.interfax.ru/russia/883511 (дата обращения: 10. 03. 2023).V Rossii za sutki COVID-19 zaboleli bolee 7100 chelovek [In Russia, more than 7.1 thousand people fell ill with COVID-19 per day]. Available at: https://www.interfax.ru/russia/883511. (accessed 10. 03. 2023)Курош А. Г. Курс высшей алгебры. СПб.: Лань, 2006. 432 с.Kurosh A. G. Kurs vysshei algebry [The course of higher algebra]. St. Petersburg, Lan' Publ., 2006. 432 p.Project design of a device for express analysis for Coronaviridae antigens based on Omron industrial programmable logic controller / S. N. Kostarev, O. V. Kochetova, N. A. Tatarnikova, T. G. Sereda // International Journal of Biology and Biomedical Engineering. 2020. Vol. 14. P. 21–32.Kostarev S. N., Kochetova O. V., Tatarnikova N. A., Sereda T. G. Project design of a device for express analysis for Coronaviridae antigens based on Omron industrial programmable logic controller. International Journal of Biology and Biomedical Engineering, 2020, vol. 14, pp. 21–32.Костарев С. Н., Мусанипов А. А. Разработка проекта прибора определения антител коронавирусной инфекции SARS-COV-2 для военнослужащих Росгвардии // Применение современных информационных технологий в служебно-боевой деятельности: сборник статей межвузовской научно-практической конференции / Пермский военный институт войск национальной гвардии Российской Федерации. Пермь, 2022. С. 95–98.Kostarev S. N., Musanipov A. A. [Development of a project of a device for determining antibodies of coronavirus infection SARS-COV-2 for military personnel of the Russian Guard]. Primenenie sovremennykh informatsionnykh tekhnologii v sluzhebno-boevoi deyatel'nosti. Sbornik statei mezhvuzovskoi nauchno-prakticheskoi konferentsii [Application of modern information technologies in service and combat activity. Collection of articles of the interuniversity scientific and practical conference]. Perm, Perm Military Institute of the National Guard of the Russian Federation Publ., 2022, pp. 95–98.Building a tool model for the study of the ecosystem coronavirus – Vector – human – Environment / T. G. Sereda, S. N. Kostarev, Y. A. Kochinov, T. V. Kochinova // IOP Conference Series: Earth and Environmental Science. Volgograd; Krasnoyarsk: Institute of Physics and IOP Publishing Limited, 2020. Vol. 548. P. 042030.Sereda T. G., Kostarev S. N., Kochinov Y. A., Kochinova T. V. Building a tool model for the study of the ecosystem "coronavirus – Vector – human – Environment". IOP Conference Series: Earth and Environmental Science. Volgograd, Krasnoyarsk, Institute of Physics and IOP Publishing Limited, 2020, vol. 548, p. 042030.Ващенко В. И., Вильянинов В. Н., Шабанов П. Д. Стратегии поиска фармакологических средств против SARS-COV-2 на основе изучения структурно-генетических особенностей коронавирусов SARS-COV, MERS-COV и SARS-COV-2 // Обзоры по клинической фармакологии и лекарственной терапии. 2020. Т. 18, № 4. С. 269–296.Vashhenko V. I., Vil'janinov V. N., Shabanov P. D. Strategii poiska farmakologicheskih sredstv protiv SARS-COV-2 na osnove izuchenija strukturno-geneticheskih osobennostej koronavirusov SARS-COV, MERS-COV i SARS-COV-2 [Strategies for the search for pharmacological agents against SARS-COV-2 based on the study of the structural and genetic features of SARS-COV, MERS-COV and SARS-COV-2 coronaviruses]. Obzory po klinicheskoj farmakologii i lekarstvennoj terapii = Reviews of Clinical Pharmacology and Drug Therapy, 2020, vol. 18, no. 4, pp. 269-296.Elshabrawy H. A. SARS-COV-2: an update on potential antivirals in light of SARS-COV antiviral drug discoveries // Vaccines. 2020. Vol. 8, N 2. P. 1–33.Elshabrawy H. A. SARS-COV-2: an update on potential antivirals in light of SARS-COV antiviral drug discoveries. Vaccines, 2020, vol. 8, no. 2, pp. 1–33.Оценка иммуногенности и реактогенности вакцины «СПУТНИК V» при ее применении у военнослужащих / С. Д. Жоголев [и др.] // Вестник Российской Военно-медицинской академии. 2021. Т. 23, № 4. С. 147–152.Zhogolev S. D., eds. Ocenka immunogennosti i reaktogennosti vakciny "Sputnik V" pri ee primenenii u voennosluzhashhih [Evaluation of the immunogenicity and reactogenicity of the Sputnik V vaccine when used in military personnel]. Vestnik Rossijskoj Voenno-medicinskoj akademii = Bulletin of the Russian Military Medical Academy, 2021, vol. 23, no. 4, pp. 147–152.Определение антител класса G к SARS-COV-2 после применения вакцины «Гам-КОВИД-Вак» или «Спутник V» НИЦЭМ имени Н. Гамалеи / Н. А. Алхутова [и др.] // Медицинский алфавит. 2021. № 13. С. 36–41.Alhutova N. A., eds. Opredelenie antitel klassa G k SARS-COV-2 posle primeneniya vaktsiny "Gam-KOVID-Vak" ili "Sputnik V" NITsEM imeni N. Gamalei [Determination of class G antibodies to SARS-COV-2 after the use of the vaccine "Gam-COVID-Vac" or "Sputnik V" by N. Gamalei]. Meditsinskii alfavit = Medical Alphabet, 2021, no. 13, pp. 36–41.Свидетельство о регистрации программы для ЭВМ 2021667302. Программа для автоматизации анализа серологических маркеров антител иммуноглобулинов IGG И IGM COVID-19 (Экспресс-анализ антител IGG И IGM COVID-19) / С. Н. Костарев, О. В. Кочетова, Т. Г. Середа. № 2021666591; заявл. 20. 10. 2021; опубл. 27. 10. 2021.Kostarev S. N., Kochetova O. V., Sereda T. G. Programma dlya avtomatizacii analiza serologicheskih markerov antitel immunoglobulinov IGG I IGM COVID-19 (Ekspress-analiz antitel IGG I IGM COVID-19) [Program for automation of IGG and IGM COVID-19 serological antibody marker analysis]. Certificate of registration of the computer program RF, no. 2021667302, 2021.Разработка системы автоматического диагноза на наличие антител иммуноглобулинов IGG и IGM SARS-COV-2 / С. Н. Костарев, О. В. Кочетова, Н. А. Татарникова, Т. Г. Середа // Известия Юго-Западного государственного университета. Серия: Управление, вычислительная техника, информатика. Медицинское приборостроение. 2021. Т. 11, № 2. С. 8–24.Kostarev S. N., Kochetova O. V., Tatarnikova N. A., Sereda T. G. Razrabotka sistemy avtomaticheskogo diagnoza na nalichie antitel immunoglobulinov IGG i IGM SARS-COV-2 [Development of an automatic antibody diagnosis system for IGG and IGM immunoglobulins SARS-COV-2]. Izvestiya Yugo-Zapadnogo gosudarstvennogo universiteta. Seriya: Upravlenie, vychislitel'naya tekhnika, informatika. Medicinskoe priborostroenie = Proceedings of the Southwest State University. Series: Control, Computer Engineering, Information Science. Medical Instruments Engineering, 2021, vol. 11, no. 2, pp. 8–24.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.