В их исследовании изучалось, как два патогена работают вместе, и было обнаружено, что взаимодействие между процессами заражения может усугубить распространение заразных инфекций.В статье для New Journal of Physics исследователи из Педагогического университета Шэньси в Китае, Института Роберта Коха и Университета Гумбольдта в Германии представляют расширение традиционной модели SIS (Susceptible-Infected-Susceptible), используемой для моделирования единичных процессов заражения.Ведущий автор доктор Ли Чен из Педагогического университета Шэньси сказал: «Современные вычислительные модели стали чрезвычайно успешными в воспроизведении наблюдаемых закономерностей и прогнозировании тенденций продолжающихся эпидемий».
Однако большинство моделей эпидемий сосредоточены на динамике передачи отдельных патогенных бактерий или вирусов. Однако существует множество инфекционных заболеваний, которые взаимодействуют прямо или косвенно, например: изменяя восприимчивость хозяина к заражению другим патогеном.Д-р Чен сказал: «Поэтому системы совместного заражения все еще плохо изучены.
Мы хотели выяснить, какие основные динамические характеристики вы можете ожидать в процессе совместного заражения, и в какой степени сотрудничество изменяет классический сценарий вспышки».Исследователи разработали модель динамики двух передаваемых взаимодействующих агентов (обозначенных A и B). Модель была основана на модели SIS, в которой индивидуумы-хозяева либо восприимчивы (S), либо инфицированы (I).
Восприимчивые люди могут быть инфицированы любым агентом. Например, при заражении вирусом А они могут передать вирус вирусу А другим восприимчивым.«Зараженные» остаются в инфекционном состоянии в течение обычного периода, после чего выздоравливают и снова становятся восприимчивыми.
Динамика передачи агентов A и B регулируется специфичными для агента базовыми числами воспроизводства, которые описывают динамику агента в отсутствие другого. Команда включила кооперативность с двумя дополнительными параметрами: коэффициентами кооперативности A и B, которые отражают влияние заражения A на последующее заражение B, и наоборот.Они обнаружили, что взаимодействие между процессами заражения порождает множество интересных свойств, которые отсутствуют в динамике одного агента. Для достаточно сильной кооперативности увеличение базового числа воспроизводств одного или обоих агентов приводило к резким, прерывистым переходам между вспышками и мультистабильностью.
Кроме того, новые режимы бегущей волны возникают при преобразовании модели в геометрический контекст, где распространение инфекции замедляется или даже останавливается, помимо традиционного поступательного движения.Доктор Чен сказал: «Наша модель и ее результаты могут быть использованы для понимания реальных систем, таких как пневмония, где бактерии, подобные Streptococcus pneumoniae, взаимодействуют с вирусными респираторными инфекциями, такими как грипп, и один патоген увеличивает восприимчивость к другому до 100 раз.
Еще одним ярким примером являются синдромы ВИЧ, когда подавленная иммунная система хозяев значительно увеличивает восприимчивость к вторичным инфекциям, таким как гепатит, малярия, сифилис, вирус герпеса или туберкулез. В последнем случае кооперативные взаимодействия являются взаимными, поскольку хозяева с tuberculosis также чаще заражаются ВИЧ.Исследование предполагает, что реалистичные заражения могут быть намного сложнее, чем картина, полученная в большинстве предыдущих работ, основанная на единичном заражении.
Следовательно, исследователи заявили: «Эти новые сложности, обнаруженные в нашем исследовании, предполагают необходимость новых стратегий сдерживания для борьбы с распространением эпидемии в некоторых более реалистичных обстоятельствах».