Метод подтверждения концепции, который был протестирован на дорогах с использованием водяной блохи (Daphnia magna) и ее возбудителя (Ordospora colligata) в качестве модельной системы, использует давнюю биологическую концепцию, известную как метаболическая теория экологии, чтобы предсказать, как на широкий спектр процессов, влияющих на динамику паразитов и хозяев, влияет температура.Ученые во главе с преподавателем биологии паразитов в Тринити-колледже в Дублине, профессором Пепайном Луйксом и аспирантом Девином Кирком из Университета Торонто Уильямом Кэмпбеллом только что опубликовали свои результаты в ведущем международном журнале PLOS Biology.Профессор Луийкс сказал: «Повышение температуры из-за глобального потепления может изменить распространение и серьезность инфекционных заболеваний, и это имеет широкие последствия для сохранения окружающей среды и продовольственной безопасности.
Поэтому очень важно, чтобы мы понимали и определяли болезни, которые станут более опасными с повышение температуры с целью смягчения их последствий ".К сожалению, это всегда было очень сложно — поскольку температура по-разному влияет на многие процессы в организме хозяина и патогена, трудно предсказать кумулятивный эффект повышения (или понижения) температуры. Например, в то время как иммунная функция хозяина и инфекционность патогенов могут быть выше при повышении температуры, продолжительность жизни патогенов может быть ниже.
Кроме того, чтобы предсказать тяжесть заболевания, нам нужны данные, которые не всегда существуют, о температурной чувствительности всех вовлеченных процессов, особенно для вновь возникающих заболеваний.Решение — метаболическая теория экологии.Метаболическая теория экологии может быть использована для предсказания того, как различные биологические процессы реагируют на температуру.
Он основан на идее, что каждый процесс контролируется ферментами, и что активность и температурная зависимость этих ферментов может быть описана с помощью простых уравнений. Таким образом, даже имея ограниченные данные, теория позволяет прогнозировать температурную зависимость процессов хозяина и патогенов.Профессор Люйкс сказал: «Используя метаболическую теорию экологии, мы можем шаг за шагом оценить тепловую зависимость каждого отдельного процесса и рассчитать окончательный прогноз тяжести заболевания при различных меняющихся температурах.
До сих пор ни одно исследование не показало, насколько это возможно. работает для простых — одноклеточных — патогенов, растущих внутри своего хозяина, но мы смогли показать, что этот метод очень хорошо работает в используемой нами модельной системе ».В своем исследовании ученые использовали водяную блоху и ее патоген и измерили, как такие процессы, как смертность хозяина, старение, рост паразитов и нанесенный хозяину ущерб, изменяются в широком диапазоне температур. Они использовали эти измерения для определения тепловых зависимостей каждого из этих процессов с помощью теории метаболизма.Результаты показали, что различные процессы имеют уникальную взаимосвязь с температурой.
Например, хотя ущерб, нанесенный хозяину каждым патогеном, по-видимому, не зависел от температуры, смертность хозяина и скорость роста патогена сильно зависели — но противоположным образом.Профессор Луийкс добавил: «Что интересно, так это то, что эти результаты демонстрируют, что связывание и интеграция теории метаболизма в математическую модель взаимодействий хозяин-патоген эффективны для описания того, как и почему взаимодействия болезней меняются с глобальным потеплением».«Благодаря своей простоте и универсальности разработанный нами метод может быть широко применен для понимания вероятного воздействия глобального потепления на множество заболеваний, включая болезни, влияющие на аквакультуру, такие как болезни лососевых, такие как болезнь поджелудочной железы, патогены пчелиных опылителей, такие как как Nosema, и рост трансмиссивных и клещевых болезней среди беспозвоночных-хозяев, таких как малярия и болезнь Лайма ».