Nature: мутантные штаммы COVID-19 могли появиться в ответ на поведение человека
Используя технологии искусственного интеллекта и математическое моделирование, исследовательская группа под руководством Нагойского университета обнаружила, что поведение человека, такое как карантин и меры изоляции, влияет на эволюцию новых штаммов COVID-19. SARS-CoV-2, вирус, вызывающий COVID-19, стал более заразным на ранних этапах своего жизненного цикла. Выводы исследователя, опубликованные в журнале Nature Communications, дают новое представление о взаимосвязи между поведением людей и агентами, вызывающими заболевания.
Как и любой другой живой организм, вирусы со временем эволюционируют. Те, у кого есть преимущество в выживании, становятся доминирующими в генофонде. На эту эволюцию влияют многие факторы окружающей среды, включая поведение человека. Изолируя больных людей и применяя меры изоляции для борьбы со вспышками, люди могут сложным образом изменить эволюцию вируса. Прогнозирование того, как происходят эти изменения, имеет жизненно важное значение для разработки адаптивных методов лечения и вмешательств.
Важным понятием в этом взаимодействии является вирусная нагрузка, которая относится к количеству или концентрации вируса, присутствующего на мл телесной жидкости. При SARS-CoV-2 более высокая вирусная нагрузка в респираторных выделениях увеличивает риск передачи вируса воздушно-капельным путем. Вирусная нагрузка связана с возможностью передачи вируса другим людям. Например, такой вирус, как Эбола, имеет исключительно высокую вирусную нагрузку, тогда как простуда имеет низкую. Тем не менее, вирусы должны соблюдать осторожность, поскольку увеличение максимальной вирусной нагрузки может быть полезным, но чрезмерная вирусная нагрузка может привести к тому, что люди станут слишком больными, чтобы передать вирус другим.
Исследовательская группа под руководством профессора Синго Ивами из Высшей школы наук Нагойского университета определила тенденции, используя математическое моделирование с компонентом искусственного интеллекта для исследования ранее опубликованных клинических данных. Они обнаружили, что варианты SARS-CoV-2, которые были наиболее успешными в распространении, имели более ранний и более высокий пик вирусной нагрузки. Однако по мере того, как вирус эволюционировал от пре-альфа-варианта к дельта-варианту, продолжительность заражения у него была короче. Исследователи также обнаружили, что сокращение инкубационного периода и увеличение доли бессимптомных инфекций, регистрируемых по мере мутации вируса, также повлияли на эволюцию вируса.
Результаты показали явную разницу. По мере того как вирус эволюционировал от штамма Ухань к штамму Дельта, они обнаружили 5-кратное увеличение максимальной вирусной нагрузки и 1,5-кратное увеличение количества дней до достижения пика вирусной нагрузки.
Ивами и его коллеги предполагают, что изменения в поведении человека в ответ на вирус, призванные ограничить передачу вируса, усиливают давление отбора на вирус. Это привело к тому, что SARS-CoV-2 передавался в основном в бессимптомный и предсимптомный периоды, которые происходят на ранних стадиях инфекционного цикла. В результате пик вирусной нагрузки приближался к этому периоду и более эффективно распространялся на более ранние предсимптомные стадии.
При оценке стратегий общественного здравоохранения в ответ на COVID-19 и любые будущие патогены, потенциально вызывающие пандемию, необходимо учитывать влияние изменений в поведении человека на закономерности эволюции вируса. «Мы ожидаем, что иммунное давление, вызванное вакцинацией и/или предыдущими инфекциями, стимулирует эволюцию SARS-CoV-2», — сказал Ивами. «Однако наше исследование показало, что поведение человека также может способствовать эволюции вируса более сложным образом, что указывает на необходимость переоценки эволюции вируса».
Их исследование предполагает возможность того, что новые штаммы коронавируса возникли из-за сложного взаимодействия между клиническими симптомами и поведением человека. Группа надеется, что их исследование ускорит создание режимов тестирования для адаптивного лечения, эффективного скрининга и стратегий изоляции.