Кіріспе

Патогендердің эволюциясы туралы теория. Оптималды вируленттілік – бұл қожайын мен паразиттердің экологиясына қатысты ұғым. Вируленттіліктің бір анықтамасы – паразиттердің әсерінен қожайынның тіршілік ету қабілетін жоғалтуы. Паразиттің жарамдылығы оның басқа қожайындарға ұрпағын жеткізудегі сәттілігімен анықталады. Шамамен 100 жыл бойы, вируленттілік төмендеп, паразиттік қатынастар симбиозға қарай дамиды деген консенсус болды. Бұл тіпті теория емес, болжам болғанымен, «вируленттіліктің төмендеуі заңы» деп аталды. 1980 жылдардан бері бұл пікірге күмән келтіріліп, оның дұрыс еместігі дәлелденді. Тым әлсіз патоген, өз көбеюі үшін көбірек ресурстар жұмсайтын, агрессивті штаммға қарағанда бәсекеде жеңіледі. Дегенмен, қожайын – паразит үшін ресурс және мекенжайы болғандықтан, осы жоғары вируленттіліктен зардап шегеді. Бұл қожайынның жылдам өліміне алып келуі мүмкін, және паразиттердің басқа қожайынмен кездесу мүмкіндігін азайту арқылы олардың жарамдылығына кері әсер етеді (қожайынды тым жылдам өлтіру арқылы жұқтыру мүмкіндігін жояды). Осылайша, табиғи күш паразитке вируленттілігін «өздігінен шектеуге» қысым жасайды. Аталған идеяға сәйкес, паразиттердің жарамдылығы ең жоғары болатын вируленттіліктің тепе-теңдік нүктесі бар. Вируленттілік осіндегі кез келген өзгеріс, вируленттіліктің жоғары немесе төмен деңгейіне қарай, паразиттердің жарамдылығын төмендетеді, демек, табиғи іріктеуге ұшырайды.

Жіберу тәсілі

Пол У. Эвальд вируленттілік пен жұқтыру жолы арасындағы байланысты зерттеді. Оның қорытындысы бойынша, вируленттілік су арқылы және қан тасымалдаушылар арқылы таралатын инфекцияларда, мысалы, холера мен денгеде әсіресе жоғары болады. Холера канализация арқылы, ал денге маса арқылы таралады. Респираторлық инфекциялар жағдайында патоген тірі қалу үшін жүре алатын иеге тәуелді. Ол жаңа ие табылғанша иені сақтап тұруы керек. Су немесе қан тасымалдаушы арқылы таралу мобильді иеге қажеттілікті жояды. Эвальд 1918 жылғы тұмау пандемиясының вируленттілігін дамытқан инфекцияның таралуына далалық госпитальдар мен окоп соғысының оңай жағдай жасайтынына сендіреді. Мұндай қимылсыз, тығыз жағдайларда патогендер адамдарды қатты науқастатып, әлі де сау адамдарға таралуы мүмкін. Басқа эпидемиологтар вируленттіліктің артықшылықтары мен кемшіліктері арасындағы тепе-теңдік туралы идеяны кеңейтті. Бір фактор – потенциалды иелер арасындағы уақыт немесе қашықтық. Ұшақпен саяхаттау, тығыз мал фермалары және қалалардың өсуі вируленттіліктің мүмкін көздері ретінде қарастырылды. Тағы бір фактор – бір иеде бірнеше инфекцияның болуы, бұл патогендер арасындағы бәсекелестікті күшейтеді. Бұл жағдайда ие тек ең вирулентті штамдарға қарсы тұрғанша ғана тірі қалады. Төмен вируленттілік стратегиясының артықшылығы жоғалады. Бірнеше инфекция патогендер арасында ген алмасуға да әкелуі мүмкін, бұл өлімге әкелетін комбинациялардың ықтималдығын арттырады.

Эволюциялық гипотезалар

Патогеннің неге осылай эволюцияға ұшырайтыны туралы үш негізгі гипотеза бар. Бұл үш модель паразиттердің өмірлік стратегияларын – көбею, иесі ішінде миграция, вируленттілік және т.б. сияқтыларын түсіндіруге көмектеседі. Үш гипотеза – бұл айырбас гипотезасы, көзқарасы шектеулі эволюция гипотезасы және сәйкес келу эволюциясы гипотезасы. Бұлардың барлығы патогендердегі вируленттіліктің түпкі себептерін түсіндіреді.

Компромистік гипотеза

Бір кезде кейбір биологтар патогендердің вируленттілігі азая түсуге бейімделеді деп салды, себебі иесінің өлімі (немесе тіпті ауыр денсаулыққа кесел келтіруі) патогеннің ішінде тіршілік етуіне тікелей зиян келтіреді. Мысалы, егер иесі өлсе, ішіндегі патоген популяциясы толығымен құрып кетуі мүмкін. Сондықтан, иесінің басқа иелермен қозғалып, байланысқа түсуіне мүмкіндік беретін, вируленттілігі төмен патогендердің көбейіп, таралуы тиімді болуы керек деп есептелді. Бірақ бұл міндетті түрде солай бола бермейді. Иесін өлтіретін патоген штамдары, патоген жаңа иеге, иесі өлгенге дейін немесе одан кейін жұғуға қабілетті болған жағдайда, вируленттілігін арттыра алады. Патогендердегі вируленттіліктің эволюциясы – вируленттіліктің патогенге тигізетін зиян мен пайдасы арасындағы тепе-теңдік. Мысалы, кеміргіштер мен тауықтардағы малярия паразитін зерттеулер, иесінің өлімімен анықталатын жұғу сәттілігі мен вируленттілік арасындағы байланысты анықтады.

Қысқаша эволюциялық гипотеза

Қысқа мерзімді эволюция патогендер популяциясында көбею жылдамдығын арттыратын және жаңа жануарға (қожайынға) жұғуға мүмкіндік беретін қасиеттердің жиілеуін көрсетеді. Осы қасиеттерге ертерек көбею, жылдам көбею, көп көбею, ұзақ өмір сүру, антиденелерге қарсы тұру немесе патоген әдетте енбейтін дене бөліктерінде тіршілік ету қабілеті жатады. Мұндай белгілер көбінесе мутациялардың нәтижесінде пайда болады, ал мутациялар патогендердің жылдам өрбу уақыты мен көп санына байланысты, жануарлар популяцияларына қарағанда патогендер популяцияларында жиірек кездеседі. Немесе бірнеше буын ішінде, көбеюді немесе таралуды күшейтетін мутациялардың саны артады. Патогеннің көбеюі мен таралуын жақсартатын сол мутациялар жануарда оның вируленттілігін де арттырып, көп зиян келтіреді (ауру мен өлімге). Егер патогеннің вируленттілігі жануарды өлтірсе және жаңа жануарға жұғуға кедергі келтірсе, онда вируленттілікке қарсы іріктеу жүреді. Бірақ, вируленттілікке қарамастан жұғу жалғаса бергенше, вирулентті патогендердің үстемдігі сақталады. Мысалы, вируленттілік көбінесе отбасы мүшелері арасында артады, себебі бір жануардан екіншісіне жұғу ықтималдығы жоғары, тіпті жануар қатты ауырған жағдайда да. Сол сияқты, босқындар лагерьлері сияқты тығыз қоныстанған жерлерде, жаңа жануарлардың инфекцияға ұшу мүмкіндігінен қашуы қиын болғандықтан, вируленттілік уақыт өте келе көбейе түседі.

Кездейсоқ эволюция гипотезасы

Патогендік вируленттіліктің кейбір түрлері иесімен бірге эволюцияламайды. Мысалы, тетанус Clostridium tetani топырақ бактериясынан туындайды. C. tetani бактериясы адам жарасына енгеннен кейін, адам денесі олардың табиғи ортасы болмаса да, жылдам өсіп, көбейе алады. Көбейген кезде C. tetani адам үшін өлімге әкеп соқтыратын нейротоксин өндіреді. Бірақ осы токсинді өндіруге бактерияның топырақтағы қалыпты өмірлік циклындағы табиғи іріктеу жауапты, ал емес адам иесімен эволюция. Бактерия топыраққа емес, жай ғана кездейсоқ түрде адам ішіне түсіп қалады. Нейротоксин адам иесіне қарсы бағытталған емес деуге болады. Көбінесе, адамдардағы көптеген патогендердің вируленттілігі тікелей іріктеу нысаны емес, керісінше, басқа белгілерге іріктеудің әсер етуінен туындаған кездейсоқ қосалқы өнім болуы мүмкін, бұл антагонистік плейотропияға ұқсас жағдай.

Жаңа ортаға ену

Патоген жаңа ортаға, жануарға немесе тіндерге енген кезде вируленттілікке бейімділік туындайды. Жаңа жануардың бұл жат организмге нашар бейімделуі мүмкін, себебі ол иммундық қорғаныс қалыптастырмаған немесе кездейсоқ түрде осал болуы мүмкін. Өзгерістер кезінде табиғи іріктеу жаңа жануарды бастапқы штаммнан гөрі тиімдірек пайдаланатын мутацияларды жақсартады, соның нәтижесінде вируленттілік күшейеді.

Үй-жай иесінің сезімталдығы

Қонақжайдың сезімталдығы вируленттілікке әсер етеді. Жұғу орын алғаннан кейін, патоген инфекцияны орнатуы керек, әйтпесе одан әрі таралу мүмкін болмайды. Қонақжайдың иммундық жүйесі неғұрлым тиімді болса, паразиттің тірі қалу мүмкіндігі де соғұрлым төмендейді. Сәйкес келетін осал қонақжайды табу үшін бірнеше жұғу оқиғасы қажет болуы мүмкін. Осы уақыт аралығында шабуылшы қазіргі қонақжайының тірі қалуына тәуелді болады. Жоғары вируленттілік үшін ең қолайлы жағдай – иммундық жүйесі бұзылған (және/немесе гигиена мен санитария нашар) бірақ басқа жағынан мүмкіндігінше сау (мысалы, дұрыс тамақтану) қауымдастық.