Saúde
Uma teoria unificada para prever a competição de patógenos: explorando como novas cepas emergentes substituem as anteriores
A pandemia da COVID-19 mostrou que prever a invasão de um novo patógeno na população humana e seu potencial evolutivo para gerar novas variantes é crucial para prevenir surtos futuros. Uma nova pesquisa conduzida na Universidade de Princeton...
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Universidade de Princeton - 15/10/2024
Pixabay
A pandemia da COVID-19 mostrou que prever a invasão de um novo patógeno na população humana e seu potencial evolutivo para gerar novas variantes é crucial para prevenir surtos futuros. Uma nova pesquisa conduzida na Universidade de Princeton e na Universidade de Chicago publicada no periódico Science apresenta uma teoria unificada para prever tal invasão e suas consequências para patógenos concorrentes.
"Muitos patógenos diferentes infectam a população humana, então explicar as diferenças nos padrões de circulação de cepas tem sido um grande desafio", disse o autor principal Sang Woo Park, recém-formado em doutorado pelo Departamento de Ecologia e Biologia Evolutiva de Princeton e bolsista da Life Science Research Foundation na Universidade de Chicago.
"Por exemplo, a gripe e o SARS-CoV-2 apresentam substituição de cepas, o que significa que o surgimento de uma nova cepa causa a extinção de cepas anteriores. Isso acrescenta grandes desafios ao desenvolvimento de vacinas. Mas esse não é necessariamente o caso de outros patógenos. Por exemplo, o RSV, um patógeno respiratório comum para resfriados, especialmente entre crianças, tem duas cepas que circulam juntas."
"Outros pesquisadores forneceram insights importantes para entender a competição de patógenos para influenza, SARS-CoV-2 e RSV", disse Park. "Em vez disso, queríamos desenvolver uma teoria única e unificada que pudesse explicar por que vemos substituição de cepas em alguns patógenos, mas não em outros."
"Desenvolver uma teoria unificada é importante porque nos permite comparar diferentes patógenos e identificar mecanismos que impulsionam as diferenças nos padrões de circulação de cepas entre os patógenos", disse a coautora C. Jessica Metcalf, professora de Ecologia e Biologia Evolutiva e Relações Públicas de Princeton e membro do corpo docente associado do Instituto Ambiental High Meadows de Princeton.
Neste artigo, os autores estenderam a teoria clássica da ecologia comunitária para prever o resultado da competição entre espécies. Eles mostraram que as mesmas ideias poderiam ser aplicadas para comparar cepas de patógenos concorrentes e prever se uma nova cepa substituirá seu competidor.
"Em termos ecológicos, a capacidade de uma cepa de se espalhar em uma população que já contém outra é um preditor essencial para a cocirculação de cepas", disse o coautor Jonathan Levine, professor de Estudos Ambientais JN Allison de Princeton, presidente de Ecologia e Biologia Evolutiva e membro associado do corpo docente do Instituto Ambiental High Meadows.
"O que é surpreendente é que nosso modelo prevê que a maioria das cepas concorrentes pode se espalhar na presença de seus concorrentes por patógenos humanos comuns, incluindo influenza e SARS-CoV-2", disse Bryan Grenfell, autor sênior do artigo e professor de Ecologia e Biologia Evolutiva e Relações Públicas da Cátedra Kathryn Briger e Sarah Fenton de Princeton, além de membro associado do corpo docente do High Meadows Environmental Institute.
"Este resultado inicialmente pareceu contradizer observações de substituição de cepas na influenza e SARS-CoV-2. Em vez disso, este estudo revelou que há outra camada de complexidade para prever a cocirculação de cepas."
A pesquisa descobriu que a coexistência de cepas requer ainda que ambas as cepas concorrentes persistam em uma população após sua invasão inicial. Os autores então mostraram que a imunidade em nível populacional pode prever se cepas novas e antigas permanecerão na população e, eventualmente, cocircularão.
"Quando uma nova cepa entra na população pela primeira vez, ela infecta muitas pessoas, tornando-as imunes", disse Park. "Esse acúmulo de imunidade impede que a cepa entre na população novamente até que haja uma quantidade suficiente de indivíduos suscetíveis na população por meio de nascimentos ou diminuição da imunidade."
"A rapidez com que a população suscetível cresce após um surto é um fator-chave que determina o potencial para outro surto e, portanto, a capacidade das cepas de cocircular", disse a coautora Sarah Cobey, professora do Departamento de Ecologia e Evolução da Universidade de Chicago.
"No geral, este trabalho implica que há uma alta diversidade de patógenos que têm o potencial de invadir a população", acrescentou Park. "Este trabalho ressalta a importância de entender as interações entre diferentes patógenos para prever surtos futuros e preveni-los."
O professor Mike Boots, dotado de dotação Trevor J. McMinn, da UC Berkeley (que não estava envolvido neste trabalho), comentou sobre as descobertas: "Esta estrutura será útil para entender os mecanismos que determinam a invasão de novas variantes enquanto nos preparamos para a próxima pandemia".
Mais informações: Sang Woo Park et al, Prevendo invasibilidade mútua de patógenos e cocirculação, Science (2024). DOI: 10.1126/science.adq0072
Informações do periódico: Science
