address2arrow-email-sendarrow-rightbtn-right-arrowbubbleclosecomment-arrow-answerenvelopeeyefriendshamburgerheartHeart copy 26heart-emptyhomehumanlikelk-bubblelk-eyeHeart copy 26lk-pencilloginnav-editnav-eyenav-newsnav-starnav-userloginnext-arrow-rightpagination-lastpagination-nextShape 19 copysearchstarstar-fulluserBriefcaseCard
19 Сентября, 2018

Построена матмодель вспышек мелиоидоза

Группа ученых из России и Великобритании построила математическую модель для прогноза сезонных и суточных всплесков возбудителя мелиоидоза Burkholderia pseudomallei. Модель основана на особенностях взаимодействия бактерий и бактериофагов, паразитирующих в этих бактериях.

Колонии Burkholderia pseudomallei на кровяном агаре. Credit: CDC/Courtesy of Larry Stauffer, Oregon State Public Health Laboratory (PHIL #1926), 2002.

Колонии Burkholderia pseudomallei на кровяном агаре. Credit: CDC/Courtesy of Larry Stauffer, Oregon State Public Health Laboratory (PHIL #1926), 2002.

Анна Соколенко

Мелиоидоз — опасное природно-очаговое инфекционное заболевание со смертностью около 40%, эндемичное для районов Юго-Восточной Азии. По некоторым данным в год от мелиоидоза умирает более 90 000 человек. Возбудитель болезни — бактерия Burkholderia pseudomallei — может распространяться в виде аэрозоля и характеризуется низкой инфицирующей дозой. Вспышки заболевания носят сезонный характер, свойственный и другим сапронозам, однако механизм сезонности до сих пор не изучен.

Математическую модель сезонности мелиоидоза разработала интернациональная группа ученых из Университета Лестера (Великобритания), МГУ имени Ломоносова и МФТИ (Россия). В основе модели лежит взаимодействие B. Pseudomallei и бактериофагов, которые в значительном количестве находятся в поверхностных водоемах и в почве, где обитают бактерии.

-Данная модель — самая первая,— говорит ведущий автор работы Андрей Морозов.— Она рассматривает взаимодействие между бактериями и фагами в воде рисового поля. Следующим шагом было бы описание взаимодействий в почве (то есть в гетерогенной среде). Важные дополнительные неучтенные компоненты — широкое использование агрохимикатов, которые убивают фагов. Интересной задачей было бы применить существующую модель или ее новые версии для прогнозирования распространения мелиоидоза с учетом глобального потепления и изменения температурного режима областей эндемичности.

Моделирование взаимодействий «бактерия-фаг» имеет более чем полувековую историю. Математически описаны различные взаимоотношения хищник-жертва: от совместной эволюции к развитию резистентности до влияния факторов окружающей среды на регуляцию численности бактерий фагами. Однако математическая модель влияния температурно-зависимой лизогении на численность B. pseudomallei не была предложена ранее. В 2014 году было показано, что в «холодное» время года (температура окружающей среды ниже +35оС) фаги реализуют лизогенный механизм взаимодействия с этой бактерией, и она утрачивает способность вызывать заболевание у теплокровных. Напротив, в теплый и влажный сезон муссонов фаги покидают клетку буркхолдерии, что приводит к повышению вирулентности возбудителя.

Эти исследования и были использованы в матмодели: возбудитель мелиоидоза присутствует в воде или почве в двух формах — бактериальная клетка несет лизогенный фаг, либо она свободна от фага. При ежедневной и сезонной вариациях температуры окружающей среды лизогенные фаги переходят в литическую форму и убивают клетку хозяина, в популяции начинают преобладать особи, свободные от фага и способные вызвать заболевание у теплокровных. По мнению авторов исследования, модель прогнозирует ежегодное сезонное «невидимое цветение» возбудителя.

-Скрытое цветение означает, что оно визуально мало заметно, в отличии от сильно заметного цветения планктона в океане,— говорит о поэтическом термине Морозов.

Наибольшее влияние на плотность популяции возбудителя в окружающей среде оказывают фаги, температура, УФ-излучение и доступность питательных веществ. Прогнозируемая моделью динамика хорошо коррелирует с результатами многолетних наблюдений, например, описывает тот факт, что пик заболеваемости приходится на теплый и влажный период года с высоким УФ индексом. Однако модель не объясняет, почему в некоторых провинциях, например Сакэу, нет выраженной сезонности заболеваемости. Возможно, это связано с различными факторами окружающей среды и хозяйственной деятельностью человека, которые не учтены в данной математической модели.

Каков биологический смысл в переключении популяции возбудителя в теплый период года на вирулентный путь развития? Если клетка может существовать и с лизогенным фагом, не инфицируя макроорганизм, и в свободной от фага форме, но вызывая заболевание, то есть подвергаясь воздействию и уничтожению иммунной системы, то зачем ей идти по более сложному пути выживания?

-Точно еще ничего не ясно. Мы изучаем механизм переключения: тут надо рассматривать картину как с учетом "интересов" бактерий, так и фагов. Как только бактерии попадают в организм человека, клетки с фагами разрушаются, но есть и те клетки, которые не разрушаются (но их процент очень мал). Однако иногда этого становится достаточно для заражения.

Практический смысл работы в том, что можно прогнозировать увеличение инфекционных агентов. Рекомендуется в это время использовать перчатки и резиновую обувь в качестве средств защиты. Также необходимо контролировать применение удобрений, которые губительно влияют на фаги.

Источник

Halil I. Egilmez et al. // Temperature-dependent virus lifecycle choices may reveal and predict facets of the biology of opportunistic pathogenic bacteria // Scientific Reports, 2018; 8 (1) DOI: 10.1038/s41598-018-27716-3

427
2
  • doctor-lulu 12 Марта
    0

    undefined,

  • doctor-lulu 12 Марта
    0

    test

Лидеры мнений
Лидеры отрасли
  • FUTURE
    13
САМЫЕ ОБСУЖДАЕМЫЕ ТЕМЫ ФОРУМА
Поиск материалов по тегам