Опубликовано 17 мая в журнале Nature Ecology and Evolution, ученые и партнеры Смитсоновского института создают основу для нового подхода к моделированию инфекционных заболеваний. Он адаптирует установленные методы, разработанные для изучения природных систем планеты, включая изменение климата, циркуляцию океана и рост лесов, и применяет их к паразитам и патогенам, вызывающим болезни.
Усиление взаимодействия человека с животными приводит к появлению и распространению зоонозных патогенов, которые вызывают около 75% инфекционных заболеваний, влияющих на здоровье человека. Предсказание того, где, как и когда люди и животные подвергаются риску заражения появляющимися патогенами – и лучшие способы борьбы с этим – остается серьезной проблемой.
Риски распространения включают, помимо прочего, вторжение в среду обитания, незаконную торговлю дикими животными и потребление мяса диких животных.
Несмотря на невероятный прогресс в понимании того, как передаются инфекционные заболевания, модели, на которых основаны эти усилия, относительно ограничены по своему охвату, фокусируясь на конкретных патогенах и часто игнорируя то, как патогены взаимодействуют с их хозяевами.
Хотя ученые и глобальные организации здравоохранения прилагают много усилий для изучения разнообразия болезнетворных организмов, существующие модели не связывают это разнообразие с их ролью в экосистемах.
«Так же, как механик должен понимать, как взаимодействуют компоненты автомобиля и как он был спроектирован для повышения производительности, то же самое относится и к нашей способности моделировать инфекционные заболевания», – сказал первый автор Др. Джеймс Хасселл, ветеринар дикой природы, эпидемиолог и стипендиат семьи Скортон Келлер для Глобальной программы здравоохранения Смитсоновского института биологии охраны природы (SCBI). «Применение системного мышления для прогнозирования возникновения заболеваний требует фундаментальных изменений в том, как мы концептуализируем инфекционные заболевания. Это создает серьезные проблемы, но в этой статье мы объясняем, почему они не являются непреодолимыми.
Когда вы взвешиваете стоимость профилактики и восстановления, инвестиции в наше общее глобальное здоровье, особенно в связи между природой и здоровьем человека, имеют жизненно важное значение."
Исследователи говорят, что эта новая модель потребует опыта и сотрудничества в таких областях, как ветеринария и медицина, экология болезней, сохранение биоразнообразия, биотехнология и антропология.
«Болезнь и здоровье в основном рассматриваются как конструктивные элементы человека, и роль окружающей среды в развитии болезни часто упускается из виду», – сказала Ивонн-Мари Линтон, директор по исследованиям Отдела биосистематики Уолтера Рида Смитсоновского национального музея естественной истории и армии Уолтера Рида. Институт исследований. "Здоровье других организмов, от паразитов и насекомых до птиц и водных организмов, может изменить структуру экосистем. Мы предлагаем новый подход к моделированию инфекционных заболеваний, циркулирующих в природе, который позволит ученым моделировать поведение этих патогенов в популяциях диких животных, их реакцию на деятельность человека и лучше определять риск, который они представляют для людей."
Общие экосистемные модели – это, по сути, сложные модели, которые могут предсказать, как собираются пищевые цепочки (процессы передачи энергии между растениями и животными – это то, что структурирует экосистемы) и определять растения и животных, составляющих экосистему. В новой версии общих «эпистемных» моделей авторы статьи обрисовывают основу для интеграции возбудителей болезней (включая паразитов, вирусы и бактерии) в эти модели. Путем определения общих правил структурирования пищевых цепей, включающих в себя субъекты болезней, можно будет предсказать типы патогенов, присутствующих в любой данной экосистеме.
Это позволило бы ученым лучше понять характеристики экосистемы (такие как нарушение), которые повысят вероятность того, что она будет содержать зоонозные патогены, спрогнозировать угрозу, которую она представляет для людей, взаимодействующих с этой экосистемой, и даже разрешить компьютерное моделирование и тестирование целевых вмешательств. в снижении этих угроз.
Хотя для создания этих моделей потребуется огромное количество данных, долгосрочные исследования нетронутых экосистем, в которых были собраны данные о паразитах, являются отличным местом для начала этих исследований. Усилия по их более широкому уточнению могут быть затем использованы крупномасштабными экологическими исследованиями, охватывающими континенты, такими как программы Смитсоновского института ForestGEO и MarineGEO.
Потенциальные последствия этой новой модели выходят за рамки сокращения человеческого взаимодействия для распространения болезней, а на экономику. «Вы можете использовать этот новый подход не только для изучения болезней человека, но и для поиска наилучшего способа ведения аквакультуры или выращивания здорового скота», – сказала Катрина М. Пагенкопп Лохан, эколог по морским болезням из Смитсоновского центра экологических исследований. "Если вы повторно вводите какой-либо вид в дикую природу, как вам нужно, чтобы эта экосистема выглядела, чтобы добиться успеха?? Мы могли бы смоделировать это.
Это сногсшибательно."
Стоимость такого нового подхода высока, говорят исследователи, и потребует глобального сотрудничества и приверженности ученых, сообществ, неправительственных организаций и государств. В эпоху больших данных и огромных достижений в области технологий такой подход достижим, но требует расширенного сбора, обмена и тестирования данных в гораздо большем масштабе, чем это происходит в настоящее время.
Соавторами статьи являются Hassell, Global Health Program, SCBI и Департамент эпидемиологии микробных заболеваний, Йельская школа общественного здравоохранения; Тим Ньюболд, Центр исследований биоразнообразия и окружающей среды, Департамент генетики, эволюции и окружающей среды, Университетский колледж Лондона; Эндрю П. Добсон, факультет экологии и эволюционной биологии, Принстонский университет и Институт Санта-Фе; Линтон, доктор зоологии, Отдел биосистематики Уолтера Рида, Центр поддержки музеев Смитсоновского института, Отдел энтомологии, Смитсоновский национальный музей естественной истории и Армейский научно-исследовательский институт Уолтера Рида; Лидия Х.V. Франклинос, Центр исследований биоразнообразия и окружающей среды, Департамент генетики, эволюции и окружающей среды, Университетский колледж Лондона; Доктор.
Доун Циммерман, ветеринар, Глобальная программа здравоохранения, SCBI и Департамент эпидемиологии микробных заболеваний, Йельская школа общественного здравоохранения; и Пагенкопп Лохан, доктор морских наук, Лаборатория экологии морских болезней, Смитсоновский центр экологических исследований.