Единая теория для предсказания конкуренции патогенов: почему одни штаммы вытесняют другие

Новое исследование Принстонского университета и Чикагского университета, опубликованное в журнале Science, предлагает единую теоретическую модель для предсказания вторжения нового патогена в популяцию и его эволюционного потенциала по созданию вариантов.

Проблема смены штаммов

Такие патогены, как вирусы гриппа и SARS-CoV-2, демонстрируют смену штаммов: появление нового варианта вызывает вытеснение предыдущих. Это создаёт сложности для разработки вакцин. Однако для других патогенов, например, для респираторно-синцитиального вируса (RSV), характерна совместная циркуляция двух штаммов.

Основа теории

Авторы расширили классическую теорию конкуренции видов из экологии сообществ, применив её к сравнению конкурирующих штаммов патогенов. Ключевым предиктором совместной циркуляции является способность одного штамма распространяться в популяции, где уже присутствует другой.

Неожиданный вывод и сложность

Модель предсказывает, что большинство конкурирующих штаммов распространённых человеческих патогенов (включая грипп и SARS-CoV-2) способны вторгаться в популяцию, несмотря на присутствие конкурентов. Это, казалось бы, противоречит наблюдаемой смене штаммов.

Исследование показало, что для сосуществования штаммов требуется дополнительное условие: оба конкурирующих штамма должны сохраняться в популяции после первоначального вторжения.

Роль популяционного иммунитета

Авторы продемонстрировали, что популяционный иммунитет предсказывает, останутся ли новый и старый штаммы в популяции и будут ли циркулировать вместе. После первой вспышки новый штамм создаёт иммунную прослойку, которая предотвращает его повторное проникновение до тех пор, пока не накопится достаточное количество восприимчивых людей (за счёт рождений или ослабления иммунитета).

Ключевой фактор — скорость восстановления пула восприимчивых индивидуумов после вспышки. Она определяет потенциал для новой вспышки и, следовательно, способность штаммов к совместной циркуляции.

Значение работы

Исследование подчёркивает высокое разнообразие патогенов, способных вторгнуться в популяцию, и важность понимания взаимодействий между ними для прогнозирования и предотвращения будущих вспышек.