预测病原体入侵与共存的新理论：应对未来疫情的科学突破

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944次浏览发布时间：2024-10-29 09:38:13

　　COVID-19 大流行清晰地表明，预测新型病原体入侵人类及其进化出新变种的潜力是防止未来大规模疫情的关键。在这一领域的前沿，普林斯顿大学和芝加哥大学的研究人员于 2024 年 10 月 11 日在《Science》期刊上发表了一篇重要论文，题为《预测病原体的互相入侵性和共存性》("Predicting pathogen mutual invasibility and co-circulation")。这项研究首次提出了一个统一理论，用于解释不同病原体之间的竞争机制及其共存的可能性，揭示了疾病传播过程中的复杂生态学动态。

　　研究的共同通讯作者、普林斯顿大学生态学与进化生物学系的 Sang Woo Park 表示，不同病原体在感染人类时呈现出截然不同的传播模式。例如，流感病毒和 SARS-CoV-2 病毒常会出现毒株替换现象，即新的毒株出现后会导致原有毒株逐渐消失。这种替换现象在流感和 COVID-19 的防控中带来了很大难题，因为新毒株的出现常常意味着疫苗需要快速更新。然而，并非所有病原体都表现出这种模式，例如呼吸道合胞病毒(RSV)即为一例。RSV 是一种引发儿童呼吸道感染的常见病毒，存在 A 型和 B 型两种毒株，并且两种毒株可以长期共存，交替在社区内传播。

　　Park 表示，其他研究人员已对流感、SARS-CoV-2 和 RSV 的病原体竞争机制做出了宝贵贡献。但他们的目标是开发一个更为全面的理论，以解释为什么某些病原体会表现出毒株替换，而另一些病原体则能够共存。普林斯顿大学生态学与进化生物学及公共事务教授 C. Jessica Metcalf 强调了这种统一理论的重要性，认为它将为我们提供一种通用框架，用于分析不同病原体的竞争机制及其共同传播的模式。

　　在这项研究中，研究团队从生态学中用于预测物种竞争结果的经典理论出发，将其应用于病原体研究。他们指出，类似的理论可以用来分析不同毒株在同一人群中的共存和替换可能性。普林斯顿大学环境研究教授及生态学与进化生物学系主任 Jonathan Levine 进一步解释说，从生态学的角度看，一种毒株在已经存在另一毒株的群体中传播的能力，决定了这两种毒株能否实现共同传播。这种基于传播能力的预测方法帮助揭示了毒株间复杂的动态关系。

　　研究发现的一个核心是，虽然模型预测许多竞争毒株能在彼此存在的情况下共存传播，但流感病毒和 SARS-CoV-2 中观察到的毒株替换现象表明了另一层复杂性。这种替换模式在一开始似乎与模型预测相悖，但研究团队通过深入分析指出，某些特定条件下的免疫动态决定了替换或共存的结果。

　　在进一步分析毒株替换的原因时，研究发现当一种新毒株进入人群后，会感染大量个体并引发免疫反应。这种免疫屏障的积累限制了毒株的再次入侵，直到人群中因为出生、免疫衰减等原因产生新的易感人群，毒株才有机会再次传播。普林斯顿大学的研究人员还提出，群体免疫水平可以作为判断毒株替换或共存的重要因素，因为免疫屏障会极大地影响病原体在社区中的循环模式。

　　芝加哥大学生态学与进化生物学系的 Sarah Cobey 教授指出，疫情爆发后的免疫衰退及易感人群的恢复速度是决定毒株能否共同传播的关键因素。Cobey 表示，当人口中对某一病原体的免疫力开始下降，易感人群的增加将可能导致该病原体的复发。因此，免疫动态对理解毒株的共存与替换有着重要的指导意义。根据这项研究，当我们试图预测病原体的循环模式时，必须考虑到群体免疫、感染率、人口结构等多个生态变量的综合影响。

　　Park 补充说，这项研究提示了未来可能会有更多病原体入侵并在不同人群中共同传播的可能性，这也强调了了解病原体相互作用的重要性。通过深入研究不同病原体之间的竞争与共存关系，科学家将能更好地预测未来疫情的爆发风险，并采取相应的预防措施。

　　加州大学伯克利分校的 Mike Boots 教授对此项研究进行了评论，他认为这一理论为全球防疫工作提供了宝贵的新视角，特别是在预测新毒株的入侵方面。Boots 指出，该框架将帮助科学家识别并理解决定毒株替换与共存的关键因素，从而在新大流行可能到来前为公共卫生部门提供科学依据。

　　总体而言，这项研究突破了传统病原体研究的界限，通过引入生态学的理论框架，提供了一种解释病原体相互作用的新方法。未来研究还可以在此基础上，结合更多实际数据和特定病原体的生物学特征，为公共卫生政策制定者提供更具预测性的指导，帮助他们在大流行暴发前就采取有效的预防措施。这种跨学科的方法为预测和预防未来的疫情铺平了道路，或许将成为应对全球健康危机的新支柱。

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