Ученые разработали метод прогнозирования того, как повышение глобальной температуры, вероятно, повлияет на тяжесть заболеваний, вызываемых паразитами. Их метод можно широко применять к различным комбинациям хозяин-патоген и сценариям потепления, и он должен помочь определить, какие инфекционные заболевания будут иметь ухудшение или ослабление последствий при повышении температуры.
Проверочный метод, проверенный на практике с использованием водяной блохи (Daphnia magna) и ее патогена (Ordospora colligata) в качестве модельной системы, использует давнюю биологическую концепцию, известную как метаболическая теория. экологии, чтобы предсказать, как широкий спектр процессов, все из которых влияют на динамику паразит-хозяин, зависит от температуры.
Ученые под руководством Уильяма К. Кэмпбелла, преподавателя биологии паразитов в Тринити-колледже в Дублине, профессора Пепейна Луйкса и аспиранта Девина Кирка из Университета Торонто, только что опубликовали свои результаты в ведущем международном журнале PLOS Biology.
Профессор Луйкс сказал: «Повышение температуры из-за глобального потепления может изменить распространение и серьезность инфекционных заболеваний, и это имеет широкие последствия для сохранения и продовольственной безопасности. Поэтому очень важно, чтобы мы понимали и идентифицировали болезни, которые станет более вредным с повышением температуры, чтобы смягчить их воздействие».
К сожалению, это всегда было очень сложно - поскольку температура по-разному влияет на многие процессы в хозяине и патогене, трудно предсказать кумулятивный эффект, который будет иметь повышение (или падение) температуры. Например, в то время как иммунная функция хозяина и инфекционность патогенов могут повышаться при повышении температуры, продолжительность жизни патогенов может снижаться. Кроме того, чтобы предсказать тяжесть заболевания, нам нужны данные, которые не всегда существуют, о температурной чувствительности всех вовлеченных процессов, особенно для недавно возникших заболеваний.
Решение - метаболическая теория экологии
Метаболическая теория экологии может быть использована для предсказания того, как различные биологические процессы реагируют на температуру. Он основан на идее, что каждый процесс управляется ферментами, и что активность и температурная зависимость этих ферментов могут быть описаны с помощью простых уравнений. Таким образом, даже с ограниченными данными теория позволяет прогнозировать температурную зависимость процессов хозяина и патогена.
Профессор Луйкс сказал: «Используя метаболическую теорию экологии, мы можем шаг за шагом оценить температурную зависимость каждого отдельного процесса и рассчитать окончательный прогноз тяжести заболевания при различных изменяющихся температурах. Исследование показало, работает ли это для простых - одноклеточных - патогенов, растущих внутри своего хозяина, но мы смогли показать, что метод работает очень хорошо в используемой нами модельной системе."
В своем исследовании ученые использовали водяную блоху и ее возбудителя и измерили, как такие процессы, как смертность хозяина, старение, рост паразитов и ущерб, наносимый хозяину, менялись в широком диапазоне температур. Они использовали эти измерения для определения тепловых зависимостей каждого из этих процессов с помощью метаболической теории.
Результаты показали, что различные процессы имеют уникальные отношения с температурой. Например, в то время как повреждение, причиняемое хозяину каждым патогеном, казалось, не зависело от температуры, и смертность хозяина, и скорость роста патогена сильно зависели, но противоположным образом.
Профессор Луйкс добавил: «Что интересно, так это то, что эти результаты демонстрируют, что связь и интеграция метаболической теории в математическую модель взаимодействия хозяина и патогена эффективна для описания того, как и почему взаимодействия болезней меняются с глобальным потеплением».
«Благодаря своей простоте и универсальности разработанный нами метод может широко применяться для понимания вероятного воздействия глобального потепления на различные заболевания, включая болезни, затрагивающие аквакультуру, такие как болезни лососевых, такие как болезнь поджелудочной железы, патогенные микроорганизмы. пчел-опылителей, таких как Nosema, и рост трансмиссивных и клещевых болезней у их беспозвоночных хозяев, таких как малярия и болезнь Лайма."