Гетерогенные популяции хозяев способствуют эволюции более вирулентных патогенов

Классическая эволюционная теория предполагает, что вирулентность патогена эволюционирует для максимизации его базового репродуктивного числа (R₀). Однако большинство моделей исходят из однородности популяции хозяев, игнорируя влияние гетерогенности окружающей среды.

В реальности экосистемы часто представляют собой совокупность локальных популяций, связанных между собой, с разными условиями и неоднородными потоками миграции хозяев, что создаёт структуру «источник–сток».

Чтобы изучить это влияние, исследователи разработали эволюционно-эколого-эпидемиологическую метапопуляционную модель. Результаты опубликованы в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences.

Ключевые результаты

• Патогенная вирулентность последовательно возрастает в метапопуляциях с гетерогенными локальными условиями.
• Даже при умеренной неоднородности (вариация в 10%) в скорости перемещения, рождаемости, ёмкости среды или потере иммунитета хозяев, эволюционировавшая вирулентность в среднем на 20% выше, а в отдельных случаях — до 40% выше, чем в однородных метапопуляциях.

Механизм явления

Гетерогенность создаёт различия между локальными популяциями в доступности незаражённых хозяев, которые являются ресурсом для патогенов.

1. В популяциях с высокой ёмкостью плотность хозяев повышена. Это «богатая» среда, которая благоприятствует агрессивным патогенам с высокой вирулентностью и заразностью.
2. В популяциях с низкой ёмкостью плотность хозяев снижена, что ограничивает ресурс. Здесь эволюционное преимущество получают более «мягкие» патогены.

Однако эти противоположные локальные тренды не уравновешивают друг друга на уровне всей метапопуляции. Патогены из ресурсно-богатых популяций производят больше инфекций и вносят больший вклад в общий генофонд, имея более высокую эволюционную значимость.

В результате возникает эволюционное смещение в сторону более высокой вирулентности, поскольку отбор агрессивных патогенов перевешивает отбор умеренных.

Значение исследования

Работа закладывает основу для понимания эволюции патогенов в гетерогенных метапопуляциях и открывает путь для изучения более сложных сценариев: непрерывно распределённых в пространстве популяций хозяев, различных стратегий вмешательства в общественное здравоохранение и разных путей передачи инфекций, включая зоонозы и векторные инфекции.