Метод прогнозирования влияния глобального потепления на болезни

Учёные разработали метод прогнозирования того, как повышение глобальной температуры, вероятно, повлияет на тяжесть заболеваний, опосредованных паразитами. Этот метод можно широко применять к различным комбинациям хозяин-патоген и сценариям потепления. Он должен помочь определить, какие инфекционные заболевания будут иметь усиливающийся или ослабевающий эффект при повышении температур.

Метод, проверенный на примере модели водяной блохи (Daphnia magna) и её патогена (Ordospora colligata), использует давно существующую биологическую концепцию, известную как метаболическая теория экологии, для прогнозирования влияния температуры на широкий спектр процессов, которые определяют динамику взаимодействия хозяина и паразита.

Результаты исследования под руководством профессора Пейпейна Лёйккса (William C. Campbell Lecturer in Parasite Biology, Тринити-колледж Дублин) и аспиранта Девена Кирка (Университет Торонто) опубликованы в ведущем международном журнале PLOS Biology.

По словам профессора Лёйккса, повышение температур из-за глобального потепления может изменить распространение и тяжесть инфекционных заболеваний, что имеет широкие последствия для сохранения биоразнообразия и продовольственной безопасности. Поэтому крайне важно понимать и выявлять болезни, которые станут более опасными с ростом температур.

Однако это всегда было сложной задачей, поскольку температура по-разному влияет на множество процессов в организме хозяина и патогена, и трудно предсказать их совокупный эффект. Например, иммунная функция хозяина и заразность патогена могут повышаться с ростом температуры, но срок жизни патогена при этом может сокращаться. Кроме того, для прогнозирования тяжести болезни часто не хватает данных о температурной чувствительности всех вовлечённых процессов, особенно для новых заболеваний.

Решение — метаболическая теория экологии

Метаболическая теория экологии позволяет прогнозировать, как различные биологические процессы реагируют на температуру. Она основана на идее, что каждый процесс контролируется ферментами, активность и температурная зависимость которых могут быть описаны с помощью простых уравнений. Таким образом, даже при ограниченных данных теория позволяет предсказать температурную зависимость процессов в хозяине и патогене.

В своём исследовании учёные использовали водяную блоху и её патоген, измерив, как такие процессы, как смертность хозяина, старение, рост паразита и наносимый хозяину ущерб, меняются в широком диапазоне температур. Эти измерения позволили определить температурные зависимости каждого из процессов с помощью метаболической теории.

Результаты показали, что разные процессы имеют уникальные зависимости от температуры. Например, ущерб, наносимый хозяину одним патогеном, оказался не зависящим от температуры, в то время как смертность хозяина и скорость роста патогена сильно зависели — но в противоположных направлениях.

По словам профессора Лёйккса, эти результаты демонстрируют, что объединение метаболической теории с математической моделью взаимодействия хозяина и патогена эффективно описывает, как и почему эти взаимодействия меняются с глобальным потеплением.

Благодаря своей простоте и универсальности, разработанный метод может быть широко применён для понимания вероятного влияния глобального потепления на различные болезни, включая: