Lettre d'information de la physique africaine

À quoi sert la physique face à une pandémie ?

La principale protéase du coronavirus SRAS-CoV-2 (2019-nCoV), avec un inhibiteur en turquoise. Source : https://pdb101.rcsb.org/motm/242

Les physiciens sont à la pointe de la lutte contre le coronavirus.

En ce moment, en Afrique, nous nous lavons les mains et nous sommes soumis à des couvre-feux, à la fermeture des frontières et au confinement.

Il convient toutefois de rappeler à quel point ces décisions sont fondées sur la science. En tant que physiciens, nous comprenons aisément les modèles épidémiologiques les plus simples.

Le modèle Susceptible-Infectieux-Protégé

Un coup d'œil à l'article sur les modèles compartimentaux en épidémiologie sur Wikipédia me rappelle mes premières rencontres avec la modélisation dans les cours de mathématiques appliquées. Le modèle Susceptible-Infectieux-Protégé (SIR, d'après l'acronyme en anglais), décrit dans cet article, est fortement dépendant du taux de reproduction : le nombre attendu de personnes directement infectées par un cas, dans une population où tout le monde est susceptible.

Le modèle est un ensemble d'équations différentielles ordinaires, et la nature de la solution dépend fortement du taux de reproduction de base. Dans nos termes de physiciens, la réduction du taux de reproduction de base est la raison pour laquelle nous pratiquons la distanciation sociale et la quarantaine.

Sirsys p9

Un graphe épidémiologique pour le modèle SIR (en bleu : susceptibles ; en vert : infectieux ; en rouge : protégés)

Un modèle de distribution spatiale

Le même article montre le plus simple des modèles de distribution spatiale : ceux qui étudient les modèles algorithmiques le reconnaîtront comme un modèle d'automate cellulaire. Chaque cellule peut infecter les 8 cellules qui l'entourent à un rythme déterminé par la probabilité d'infection, et la simulation se déroule par étapes de temps.

Le contrôle des frontières et des ports sont les conditions limites que nous fixons pour le développement spatial de cette maladie.

SIR model simulated using python

Modèle SIR simulé en python. La matrice 100x100 est d'abord ensemencée de façon aléatoire. Une valeur de 1 indique qu'une personne est protégée. Dans ce cas, une personne infectée peut transmettre la maladie aux huit personnes qui l'entourent, à l'exception des personnes qui se trouvent à la frontière. Les points situés en périphérie ne sont pas inclus dans la simulation. (Andrew Luo, CC BY-SA 3.0)

Modélisation moléculaire

De nombreux physiciens collaborent dans des groupes de modélisation moléculaire ou de méthodes de structure électronique. Il est révélateur que cette communauté partage rapidement et généreusement ses résultats par le biais de la base de données sur les protéines (PDB) : ce sont des résultats de la cristallographie aux rayons X.

Il n'est pas surprenant que la molécule du mois soit un élément du coronavirus SARS-CoV-2. L'unique long brin d'ARN, l'acide ribonucléique, du virus utilise les acides aminés de la cellule infectée pour construire seulement deux longs brins de protéines reliées entre elles. Elles sont coupées en parties fonctionnelles par la protéase pour fabriquer la machinerie nécessaire à la construction de nouveaux virions.

Besoin de plus de science en Afrique

Si la protéase peut être bloquée, la réplication du virus peut être inhibée. Malheureusement, un grand nombre de ces inhibiteurs sont nocifs pour l'hôte - c'est le principal problème pour distinguer les traitements potentiels des désherbants.

Quoi de plus convaincant pour illustrer l'impact de la physique ce mois-ci ? Notre communauté mondiale de scientifiques a fourni les outils avec lesquels nous pouvons comprendre les mesures les plus pratiques et les plus simples à prendre - sauver des vies par la distanciation sociale - et les moyens les plus élaborés d'avancer, grâce à la conception rationnelle de médicaments pour trouver des molécules phares pour le traitement. Ce sont les raisons pour lesquelles nous demandons à nos gouvernements d'encourager la science, de faire des recherches sur les maladies de l'Afrique en Afrique et de mettre en place des conseillers scientifiques.

Ce mois-ci et dans les mois à venir, nous vous souhaitons une bonne santé et une bonne sécurité pour vous et votre communauté.

Igle Gledhill, Afrique du sud

Cet article a d'abord été publié par l'African Physics Newsletter. © American Physical Society, 2020. Il a été traduit en français par Afriscitech.

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