Virulenţă

Virulența înseamnă intensitatea patogenității microorganismelor ( bacterii , fungi , virusuri , protozoare ). Virulența unui agent patogen letal este ușor de măsurat, dar cea a agenților patogeni cu efecte sub-letale este mai complexă de evaluat. În medicină, virulența corespunde gradului de rapiditate a multiplicării unui virus într-un organism dat, deci vitezei sale de invazie. Acest lucru nu presupune în niciun fel gravitatea stării (posibil) cauzată.

În ecologie , virulența se măsoară prin scăderea valorii selective (supraviețuirea și / sau reproducerea) gazdei datorită infecției.

Evoluția și condițiile de virulență

Trebuie îndeplinite condițiile minime pentru ca un organism să fie virulent în detrimentul gazdei pe care o infectează sau parazitează. Orice agent patogen este sau devine așa, deoarece este adaptat la nișa ecologică pe care o ocupă sau o poate ocupa, adică trebuie, în special:

În timpul evoluției, selecția naturală a înzestrat agenții patogeni cu mai multe strategii de adaptare la gazda lor :

Pentru aceasta, agentul patogen poate produce toxine sau liza macrofagele în sine (anumite ciuperci patogene produc fosfolipaze fungice);

Mai multe dintre aceste strategii pot fi utilizate împreună.

La fel ca rezistența la antibiotice , virulența este o trăsătură a agentului patogen care este supus selecției naturale și care evoluează. Se spune că organismele tratate pentru a-și reduce virulența sunt atenuate . Acesta este unul dintre principiile pe care se bazează vaccinarea .

Cu toate acestea, pe termen mediu și lung, anumite politici de sănătate pot, de asemenea, selecta sau genera creșteri ale virulenței favorizând indivizi mai virulenți sau mutații care permit virulența crescută.

Teoria gestionării virulenței, prezentată de Paul W. Ewald, își propune să înțeleagă de ce și cum evoluează virulența pentru a face ca agenții patogeni să evolueze în forme mai puțin dăunătoare sau pentru a le pune în concurență cu forme mai puțin dăunătoare.

Compensare între virulență și transmisie

Teoria „tradițională” în epidemiologie prevedea că evoluția ar tinde să modifice relațiile dintre gazdă și parazit spre mutualism , adică o relație cu beneficiu reciproc, în care parazitul își va cruța gazda pentru a se asigura multiplicarea și transmiterea acestuia . Virulența ar tinde apoi să scadă pentru a asigura o transmisie mai bună. Această ipoteză este cunoscută sub numele englez: avirulence hypothesis . Cu toate acestea, există foarte puține exemple de paraziți care au devenit avirulenti. Primii care au provocat acest gând au fost Anderson și May. În 1982, au dezvoltat ipoteza compromisului între virulență și transmisie. Contrar teoriei tradiționale, ei credeau că un parazit nu-și poate crește virulența (și, prin urmare, scurtează durata infecției prin uciderea gazdei) fără a plăti prețul. Cu alte cuvinte, prin creșterea virulenței, parazitul scade rapid valoarea selectivă a gazdei sale (care îi scade durata infecției) și, prin urmare, durata în care gazda poate transmite acest parazit (transmisibilitatea acestuia). Prin urmare, paraziții ar trebui să adopte un nivel optim de virulență. Un parazit care dezvoltă o rată de transmisie mai mare are, prin urmare, un cost de plată care este o durată mai scurtă a infecției. Prin urmare, ar exista o virulență optimă pentru care succesul transmisiei este maxim.

Introducere și descriere a modelului de compromis

Modelul de compromis , dezvoltat de Anderson & May (1982) și Ewald (1983), se bazează pe ideea că nu este posibil ca parazitul să crească durata infecției fără a plăti pentru aceasta. Valoarea selectivă a unui parazit poate fi adesea aproximată prin rata de reproducere R 0 . În cazul paraziților cu transmisie directă și orizontală, acest lucru poate fi exprimat după cum urmează:

sau:

  • β reprezintă rata de transmitere a parazitului;
  • S 0 reprezintă densitatea inițială a gazdelor susceptibile la infecție în populație;
  • μ reprezintă rata naturală de deces a gazdei;
  • α reprezintă rata de deces a gazdei cauzată de infecție (care corespunde virulenței);
  • γ reprezintă rata de vindecare.

Bazele biologice ale compromisului dintre virulență și transmiterea parazitului implică faptul că auto-replicarea parazitului ar tinde să maximizeze virulența și transmiterea parazitului. Într-adevăr, acești doi parametri sunt legați pozitiv de rata de replicare a parazitului în gazdă. Adică, atunci când α crește, crește și β. Apare apoi apariția unui compromis evolutiv între virulență și transmisie, rezultând o evoluție către o virulență intermediară optimă. Există mai multe forțe selective care pot promova o scădere a virulenței, de exemplu atunci când există o scădere a transmisibilității printr-o scădere a contactului între gazde sau chiar atunci când există o scădere a densității gazdelor potențiale. Într-adevăr, atunci când parazitul întâlnește mai puține gazde, transmisibilitatea acestuia va fi mai mică, ceea ce ar putea duce în cele din urmă la o scădere a virulenței sale. În plus, o altă forță selectivă care poate reduce virulența este creșterea mortalității naturale a gazdei. Într-adevăr, dacă parazitul se confruntă cu o gazdă a cărei rată de mortalitate naturală (μ) este deja ridicată, selecția va promova o scădere a virulenței pentru a limita scăderea numărului de gazde potențiale.

În schimb, forțele selective care pot duce la o creștere a virulenței sunt creșterea transmisibilității și creșterea densității gazdelor potențiale. Putem cita și scăderea mortalității naturale a gazdei. Deoarece, dacă gazda vede rata mortalității sale naturale scăzută, selecția ar trebui să împingă parazitul să tindă spre mai multă virulență. Mai mult, în timpul infecțiilor multiple, are loc o competiție între diferite tulpini pentru exploatarea resursei în cadrul gazdei. Acest lucru va duce la o creștere a reproducerii parazitului în gazdă, de aici o creștere a virulenței.

Dovezi empirice ale modelului
  • O dovadă a acestui compromis se referă la virusul imunodeficienței umane (HIV), studiat în articolul de Fraser și colab. (2007). Analizând două cohorte de pacienți cu HIV netratați, aceștia au cuantificat relația dintre, pe de o parte, încărcătura virală și infectivitatea și, pe de altă parte, durata perioadei infecțioase asimptomatice. Această relație sugerează un compromis . Într-adevăr, ele arată că atunci când încărcătura virală este scăzută, transmisibilitatea este limitată de o infectivitate scăzută; în timp ce atunci când încărcătura virală este mare și infectivitatea este maximizată, transmisibilitatea este limitată de durata scurtă a infecției (vezi Figura 3). Cu alte cuvinte, dacă pacientul netratat este slab infectat cu virusul HIV, capacitatea sa de a transmite virusul va fi redusă, deoarece este limitată de infecțiozitatea sa scăzută. Pe de altă parte, dacă acest pacient este foarte infectat și, prin urmare, are o infectivitate ridicată, transmisibilitatea acestuia (capacitatea sa de a transmite virusul) va fi scăzută, deoarece este limitată de durata scurtă a infecției cauzată de reducerea duratei sale de viață. Astfel, se poate vedea că potențialul de transmisie este optim pentru o sarcină virală intermediară (vezi figura 3), situată între 10.000 și 100.000, așa cum este descris de modelul ilustrat în figura 2.
  • Jacobus C. de Roode și Sonia Altizer și-au concentrat cercetările asupra interacțiunilor dintre larvele a două specii de fluturi monarhi nord-americani Danaus plexippus și diferite clone ale parazitului lor , O. elektroscirrha . Speciile au fost alese pentru separarea lor geografică, una provenind din est, cealaltă din vest. Infecția are loc prin ingestia de spori în stadiul larvelor și transmiterea are loc prin spori produși la suprafața organismelor adulte care apoi le depun pe suprafețe unde pot fi la rândul lor ingerate de alte larve . Cercetătorii au dorit să testeze diferite combinații de interacțiuni între gazdă și parazit pentru a testa influența genotipului asupra virulenței, durata de viață a gazdei și transmiterea. Au fost apoi efectuate studii statistice pentru a demonstra relațiile dintre acești parametri diferiți. Rezultatele pe care le-au obținut nu sunt semnificative pentru majoritatea relațiilor studiate (infecție specializată, influența sexului etc.). Dar autorii observă o puternică influență a numărului de spori secreti pe suprafața corpului adultului pe durata sa de viață. În conformitate cu modelul de compromis considerat. Și anume, un număr mare de spori (transmisibilitate crescută) implică o utilizare ridicată a rezervelor gazdei (virulență crescută) și, prin urmare, o scădere a supraviețuirii aceleiași gazde (care scade capacitatea de transmisie). Paraziții și gazdele lor în aproape toate cazurile prezintă valori intermediare ale virulenței (cantitatea de spori) și a supraviețuirii gazdei (posibilități de transmitere). În plus, această valoare intermediară fusese estimată anterior conform modelului de compromis (5,70 spori per individ) și valorile observate în timpul experimentului corespund aproximativ (5,62 ± 0,04 ( scara log10 ) pentru speciile care provin din est și 5,84 ± 0,04 ( scara log10 ) pentru speciile provenite din vest). Aceasta ne face să credem că studiile efectuate asupra compromisului sunt departe de a fi absurde. Cu toate acestea, cercetătorii nu au găsit rezultate semnificative în ceea ce privește specificitatea speciilor de paraziți pentru gazdele lor și au observat că paraziții nu au aceleași efecte în funcție de gazda în care se găsesc. De asemenea, observă o speciație a paraziților în funcție de aria lor geografică; de fapt, paraziții recuperați în America de Nord-Vest au o virulență mai mare, care le scade capacitatea de transmitere.
Întrebarea modelului

Primele critici ale acestui model au fost făcute de Marc Lipstich și E. Richard Moxon în 1997, care au criticat lipsa unor dovezi empirice care să susțină teoria compromisului . Dieter Ebert și James Bull în 2003 consideră că modelul este „prea simplist”. Într-adevăr, în practică, relațiile dintre gazde și paraziți sunt caracterizate de mult mai mult de doi parametri care sunt virulența și transmiterea  : de exemplu, în cazul infecțiilor multiple (când gazda este infectată de diferiți paraziți), poate exista concurență între ele pentru acces la resursele gazdă. Sau chiar luarea în considerare a răspunsului imun al gazdei poate reduce virulența. Modelul de compromis simplifică astfel realitatea biologică, considerând că virulența și transmiterea parazitului sunt independente de caracteristicile gazdei. Cu toate acestea, în realitate, acești parametri sunt rezultatul mai multor interacțiuni în cadrul gazdei, de exemplu, comportamentul pe care gazda îl poate adopta pentru a contracara infecția sau alte mecanisme odată ce infecția a început. Ca răspuns la criticile lui Ebert și Bull, se subliniază că confuzia vine adesea din faptul că funcția de fitness a parazitului folosit nu corespunde ciclului său de viață. Astfel, Jacobus C. de Roode și colab. Au reușit să demonstreze o relație de compromis, deoarece au grijă să folosească o funcție de fitness adecvată sistemului gazdă-parazit studiat.

Note și referințe

  1. Vezi Dominique Chabasse, Claude Guiguen, Nelly Contet-Audonneau, Medical Mycology, Collection Abrégés, Elservier-Masson, Capitolul Fiziologia micozelor și factorii lor care contribuie
  2. Gandon și colab. (2002) Vaccinurile imperfecte și evoluția virulenței patogenilor, Nature , 414 , 751-756
  3. ( în ) Alizon și colab. (2009) Evoluția virulenței și ipoteza compromisului: istorie, starea actuală a lucrurilor și viitorul, J. EVOL. BIOL. , 22 , 245-259
  4. (în) Anderson, RM și mai, RM Coevoluția gazdelor și paraziților, Vol. 85, Parazitologie, 1982, 411-426 p
  5. ( în ) Christophe Fraser, T. Hollingsworth Déirdre Ruth Chapman, Frank Wolf și William P. Hanage, Variation in HIV-1 set viral load set point: Analiza epidemiologică și o ipoteză evolutivă, Vol. 104, PNAS, 207
  6. (en) Jacobus C. de Roode și Sonia Altizer , „  Interacțiuni genetice gazdă-parazit și relații de transmitere a virulenței în populațiile naturale de fluturi monarhi  ” , Evolution , vol.  64, n o  2februarie 2010( DOI  10.1111 / j.1558-5646.2009.00845.x , citiți online ).
  7. (în) Marc Lipsitch și E. Richard Moxon , „  virulența și transmisibilitatea agenților patogeni: care este relația?  » , Tendințe în microbiologie , vol.  5,1 st ianuarie 1997, p.  31–37 ( ISSN  0966-842X , PMID  9025233 , DOI  10.1016 / S0966-842X (97) 81772-6 , citit online , accesat la 13 februarie 2016 )
  8. Ebert D. și Bull J. (2003) Provocarea modelului de compromis pentru evoluția virulenței: este fezabilă gestionarea virulenței ?, TRENDS in Microbiology , 11 , No. 1
  9. (în) Samuel Alizon și Yannis Michalakis , „  Adaptive Evolution virulence: the good old fitness-based approach  ” , Trends in Ecology & Evolution , vol.  30,1 st mai 2015, p.  248–254 ( ISSN  0169-5347 , PMID  25837917 , DOI  10.1016 / j.tree.2015.02.009 , citit online , accesat la 13 februarie 2016 )
  10. (în) Jacobus C. de Roode , Andrew J. Yates și Sonia Altizer , „  Virulență-transmiterea compromisurilor și a diferențelor de populație în virulență într-un fluture parazit în mod natural  ” , Proceedings of the National Academy of Sciences , vol.  105,27 mai 2008, p.  7489-7494 ( ISSN  0027-8424 și 1091-6490 , PMID  18492806 , PMCID  2396697 , DOI  10.1073 / pnas.0710909105 , citit online , accesat la 13 februarie 2016 )

Vezi și tu

Articole similare