模型研究表明，异质宿主群体推动了毒性更强的病原体的进化

病原体的进化在流行病学、人口学和进化生态学等广泛的科学领域受到了关注。对于快速进化的病原体，如自2019年以来在全球传播的严重急性呼吸系统综合征冠状病毒2型，了解病原体的进化尤为迫切。经典进化理论指出，毒力的进化是为了最大限度地提高病原体的基本繁殖率，即一个感染宿主引起的二次感染的平均数量。这种方法提供了关于病原体毒力如何在与其他流行病学参数（如感染率和恢复率）的权衡下演变的见解。随着时间的推移，经典理论已经扩展到各种生态和流行病学背景

尽管取得了这些进展，但大多数模型仍然假设宿主种群是同质的，从而忽略了所有环境异质性的影响

然而，在现实中，生态系统往往代表着经历不同当地条件的相互关联的当地种群，正如生态集合种群理论所描述的那样。此外，连接这些当地种群的宿主个体的运动模式也往往是异质的，当地种群之间运动的这种不平衡造成了一种“源-汇”结构，一些种群（源）产生了净流出，而其他种群（汇）则获得了净流入

为了解决这一差距，研究人员开发了一个进化生态流行病学集合种群模型，以研究局部环境和运动网络的异质性如何影响病原体毒力和感染性的进化，为不同生态环境中病原体的进化提供了新的见解。这篇论文发表在《美国国家科学院院刊》上

分析表明，在具有异质性局部条件的集合种群中，病原体毒力持续增加。即使宿主移动率、出生率、携带能力或免疫力丧失率存在适度的异质性（10%的差异），与同质集合种群相比，进化的毒力平均高出20%，甚至高达40%

为什么环境异质性推动了更高病原体毒力和传染性的进化？通过微扰展开方法和进化动力学分析，研究人员揭示了潜在的一般机制

异质性在当地人群中造成了未感染宿主可用性的差异，这些宿主是病原体感染新宿主的资源，最终正是这种差异促进了毒性更强的病原体的进化。例如，在承载能力较高的当地人群中，宿主密度升高，创造了一个有利于侵袭性病原体的“更丰富”的环境。这些病原体会引起更严重的症状，更具传染性，并更快地利用宿主

相比之下，在承载能力较低的当地人群中，宿主密度降低，这限制了未感染宿主的可用性。在这里，较温和的病原体在进化上更受欢迎，因为它们可以在这种资源稀缺的条件下更好地存活

然而，这些相反的局部进化趋势在集合种群中的病原体进化中并不平衡。资源丰富的种群中的病原体产生更多的感染，对集合种群的基因库贡献更大，因此具有更高的进化重要性

这导致进化倾向于更高的毒力，因为对侵袭性病原体的选择超过了对较温和病原体的选择。因此，环境异质性持续推动着集合种群中更高病原体毒力的进化

这项研究为理解异质集合种群中的病原体进化奠定了基础，为各种扩展铺平了道路，例如连续的空间结构宿主种群、分布式公共卫生干预和各种病原体传播模式，包括人畜共患病和媒介传播感染 More information: Masato Sato et al, Metapopulation heterogeneities in host mobility, productivity, and immunocompetency always increase virulence and infectiousness, Proceedings of the National Academy of Sciences (2024). DOI: 10.1073/pnas.2309272121

Journal information: Proceedings of the National Academy of Sciences