Matematisk model forklarer, hvorfor nogle bakterier forårsager sygdom selv i små doser

En ny matematisk model udviklet ved University of California, Davis, kan forklare, hvorfor nogle bakterier kan forårsage sygdom, såsom fødevarebåren sygdom, selv i små doser, mens andre er harmløse.

Modellen antyder, at patogener - organismer, der forårsager sygdom - med små genomer ikke behøver at udvikle sig for at forårsage sygdom sammenlignet med deres kommensale, ikke-patogene modstykker med store genomer.

Modellen, der er offentliggjort i tidsskriftet eLife, er baseret på ideen om, at udviklingen af ​​virulens, eller sværhedsgraden af ​​en patogen infektion, er en form for indsatssikring - en strategi, der bruges til at reducere risikoen og maksimere fitness i uforudsigelige miljøer.

Når patogener støder på værter med immunitet over for infektion, reducerer de enten deres virulens for at undgå immunresponset (et dyrt spil) eller opretholder høj virulens selv med risiko for at blive dræbt (et billigt spil).

Forskernes matematiske model viser, at patogener med mindre genomer kan "tolerere" mindre virulensreduktion, efterhånden som patogenpopulationen vokser, og derved udvikler højere overordnede niveauer af virulens. Årsagen er, at mutationshastigheden for et lille genom er hurtigere, hvilket gør det muligt for patogenpopulationen at tilpasse sig hurtigere.

Modellen viser også, at patogener med små genomer kan opretholde højere virulens end dem med store genomer under en lang række forhold, hvilket betyder, at de er mere tilbøjelige til at forårsage sygdom, selv i små doser.

"Vores model antyder, at bakterielle patogener med små genomer har en tendens til at være mere virulente, ikke så meget på grund af en speciel mekanisme, der gør dem i stand til at forårsage mere skade, men snarere som et resultat af deres hurtigere evolutionære hastighed," sagde hovedforfatter Ryan Giordano, en UC Davis postdoc forsker i evolution og økologi.

Forskerne advarer om, at selvom modellen er et nyttigt værktøj til at studere udviklingen af ​​virulens i bakterier, kræver det flere biologiske data og eksperimentelle beviser for at blive valideret.

"En bedre grundlæggende forståelse af dette fænomen kan hjælpe os med at designe nye og forbedrede antibakterielle behandlinger og hjælpe med at forudsige, hvilke bakterier der er mere tilbøjelige til at forårsage sygdom," sagde Jonathan Eisen, seniorforfatter af undersøgelsen, UC Davis professor i evolution og økologi, og en medlem af One Health Institute.