Изучение сукцессионной экологии возбудителей инфекционных заболеваний человекаИзучение сукцессионной экологии возбудителей инфекционных заболеваний человека
В недавнем исследовании, опубликованном в журнале PLoS Biology, ученые показали, что особенности жизненной истории патогенов помогают определить возраст человека, когда вероятность заражения инфекционным заболеванием наиболее высока.
Сукце́ссия (от лат. succesio — преемственность, наследование) — последовательная закономерная смена одного биологического сообщества (например, микробного сообщества) другим на определённом участке среды во времени в результате влияния природных факторов (в том числе внутренних сил) или воздействия человека. Идеи теории экологической сукцессии начали использоваться для понимания взаимосвязи между индивидуальным микробиомом и здоровьем, но еще не применялись для изучения более широкой эпидемиологической динамики на популяционном уровне. Теории экологической сукцессии предсказывают направленное изменение состава микробного сообщества. Виды-пионеры создаются из регионального пула видов на основе признаков жизненной истории, что может изменить пространство ниши в сообществе, чтобы ускорить создание вторичных сукцессионных видов с несхожими характеристиками. Таким образом, совокупность существующих видов облегчает внедрение/рост одних видов и препятствует другим.
Облегчение может происходить за счет улучшения среды обитания или мутуалистических взаимодействий, в то время как препятствия возникают в результате прямой конкуренции за ресурсы или ухудшения пригодности среды обитания. Сменяемость видов происходит, когда рост существующих видов с похожими чертами жизненной истории сокращается до такой степени, что на смену им приходит новый набор видов с несхожими чертами жизненной истории. Концепция ротации видов была успешно применена для изучения и понимания того, как микробиом человека влияет на определенные медицинские состояния.
Иммунная система и перенесенные инфекции влияют на качество среды обитания для новых патогенов. Инвазивность и пригодность среды обитания для новых патогенов обусловлена: 1) иммунной функцией отдельного хозяина, сформировавшейся под воздействием прошлых заболеваний, и 2) популяцией хозяев, которые перенесли разные заболевания, но на их иммунную функцию повлияли схожим образом.
Таким образом, популяция хозяев функционирует как совокупность взаимодействующих особей с различной иммунной памятью, в совокупности составляющих участок среды обитания. Микробиом популяции хозяев может препятствовать успеху новой инфекции путем конкуренции за внутрихозяинные ресурсы или деградации среды обитания из-за воздействия патогена, вызывающего перекрестную защиту. И наоборот, смена патогенов может происходить путем: 1) оппортунистических вторичных инфекций и 2) иммунной амнезии - нарушения иммунной памяти, приобретенной ранее.
В данном исследовании ученые предположили, что заболевания, имеющие общие характеристики истории жизни, могут с большей вероятностью встречаться на одних и тех же демографических стадиях жизни хозяев в популяции (а именно, в возрасте наибольшей распространенности). Авторы определили шесть характеристик-кандидатов, которые влияют на то, как инфекции успешно инфицируют человеческие популяции с течением времени. Этими шестью характеристиками были:
1) продолжительность инкубационного периода,
2) продолжительность инфекционного периода,
3) жизнеспособность патогена вне хозяина,
4) физическое расстояние для передачи заболевания между хозяевами,
5) частота оппортунистического характера заболевания и
6) мутабельность заболевания.
Анализ был ограничен изучением заболеваемости в развивающихся странах. Авторы провели поиск литературы в Google Scholar и PubMed по этиологии и каждому из 30 инфекционных патогенов, чтобы найти оценки этих шести характеристик. Патогены были специально отобраны для отражения эпидемиологического разнообразия таксонов возбудителей и механизмов передачи.
Для каждого патогена была введена качественная оценка сукцессии, чтобы обобщить влияние этих (шести) признаков и проверить способность предсказывать средний возраст наибольшей распространенности данного заболевания. Для проверки того, дает ли оценка сукцессии достоверную корреляционную модель возраста наибольшей распространенности каждого инфекционного заболевания, была проведена линейная регрессия парных значений.
Авторы обнаружили значительную корреляцию между баллами сукцессии для 30 патогенов и конкретными демографическими категориями в возрасте наибольшей распространенности для каждого заболевания. Более того, классификация возрастных групп, основанная исключительно на баллах сукцессии, также была значимой. Это соответствовало гипотезе о некоторой сукцессионной прогрессии в экологии заболеваний в среде обитания человека-хозяина.
Пять заболеваний из 10 с наибольшими регрессивными отклонениями (по абсолютной величине) были инфекциями, передаваемыми половым путем (ИППП). Эбола показала самое большое остаточное значение; расчетный возраст наибольшей распространенности для Эболы был обусловлен небольшим размером выборки и начальной динамикой после ее появления, а не долгосрочной преемственностью. Повторение регрессионного анализа без ИППП и Эболы дало гораздо более сильную корреляцию, что говорит о том, что концепция теории сукцессии может быть использована при обсуждении экологии заболеваний. В качестве альтернативы, применение репродуктивного числа каждого патогена в качестве коррелята для возраста наибольшей распространенности не дало значимого прогноза.
Хотя данная работа является лишь первым шагом, эти исследования демонстрируют, как сукцессионный взгляд на поведение инфекционных заболеваний может внести значимый вклад в стратегии управления вспышками и обеспечения готовности общественного здравоохранения. Последние достижения в понимании систем отдельных заболеваний достигли достаточной зрелости, чтобы их можно было интегрировать в более широкую, более единую теорию экосистем заболеваний.
