Эволюция половой вирулентности при инфекционных заболеваниях

08.09.2021

Смертность от инфекционных заболеваний у мужчин часто выше, чем у женщин. Хотя это различие часто объясняется более сильным иммунным ответом у женщин, мы показываем, что различия в путях передачи, обеспечиваемых полами, могут привести к эволюции, благоприятствующей патогенам с вирулентностью, специфичной для пола. Поскольку женщины могут передавать патогены во время беременности, родов или кормления грудью, патогены адаптируются, снижая вирулентность у женщин. Это может решить давнюю загадку прогрессирования от инфекции Т-клеточного лимфотропного вируса человека типа 1 (HTLV-1) до летального Т-клеточного лейкоза взрослых (ATL); прогрессирование, которое более вероятно у японских мужчин, чем у женщин, в то время как оно одинаково вероятно у карибских женщин и мужчин. Мы утверждаем, что грудное вскармливание, которое в Японии более продолжительно, чем в странах Карибского бассейна,могли быть причиной разницы в вирулентности между двумя популяциями. Наше открытие означает важность исследования различий в профиле генетической экспрессии патогенов у мужчин и женщин.

Вступление

Показатели прогрессирования и летальности (вирулентность) многих инфекционных заболеваний, не влияющих на половые органы, существенно различаются между мужчинами и женщинами 1,2. Например, заражение туберкулезной палочкой, Mycobacterium tuberculosis.(MTB), может прогрессировать до активного туберкулеза с высокой вероятностью смерти. Мужчины, инфицированные MTB, в 1,5 раза чаще умирают, чем инфицированные женщины (см. Ссылки 3, 4, 5). Инфекция полости рта вирусом папилломы человека (ВПЧ) может прогрессировать до рака миндалин, который является летальным. У мужчин, инфицированных ВПЧ, вероятность развития рака в пять раз выше, чем у женщин (см. Ссылки 6, 7, 8, 9, 10, 11). Мужчины как минимум в два раза чаще, чем женщины, заболевают лимфомой Ходжкина после инфицирования вирусом Эпштейна-Барра (ВЭБ), связанным с инфекционным мононуклеозом 12. Заражение Т-клеточным лимфотропным вирусом человека типа 1 (HTLV-1) может прогрессировать до Т-клеточного лейкоза взрослых (ATL), вызывая смерть. В Японии у мужчин, инфицированных HTLV-1, вероятность развития ATL и смерти в 2–3,5 раза выше, чем у женщин (см. Ссылки 13, 14, 15).

Несмотря на растущее количество свидетельств того, что инфекционные заболевания ведут себя по-разному в зависимости от пола, врачи, как правило, предоставляют одинаковое лечение пациентам мужского и женского пола 1,16,17. Одна из причин, по которой не применялось лечение с учетом пола, заключается в том, что причины половых различий в вирулентности недостаточно изучены 18. Преобладающее объяснение утверждает, что взаимодействие между половыми гормонами и иммунной системой делает мужчин более уязвимыми к действию патогена, чем женщин 1,16. В целом, у женщин обычно формируется более сильный иммунный ответ, который помогает им быстрее избавляться от инфекций и снижает риск сохранения - хотя этот ответ помогает бороться с инфекционными патогенами, он делает женщин более восприимчивыми к иммунным патологиям 1,16. Хотя эта гипотеза может объяснить некоторые наблюдаемые половые различия,он не дает полностью удовлетворительного ответа; наиболее заметно, что это не объясняет, почему половые различия в вирулентности проявляются не сразу после полового созревания - когда половые гормоны впервые вырабатываются, - а почти десятилетие спустя 19.

Стремясь улучшить наше понимание половых различий в вирулентности, мы отходим от гипотез, ориентированных на хозяина, - как и предыдущие объяснения - к альтернативной гипотезе, ориентированной на патоген 20. Мы предполагаем, что естественный отбор, по-разному воздействующий на патогены у хозяев мужского и женского пола, приводит к появлению патогенов, проявляющих разную вирулентность у мужчин и женщин. Есть некоторые свидетельства существования таких специфичных для пола стратегий: бактерии могут использовать разные стратегии для эксплуатации своих хозяев, в зависимости от того, является ли хозяин мужчиной или женщиной. Например, несколько бактериальных симбионтов, передающихся строго по материнской линии, выборочно убивают мужское, но не женское потомство 21. Pasteuria ramosa, паразит Daphnia magna., может вызывать гигантизм у женщин, но не у мужчин 22. Мы исследуем, какие факторы приводят к отбору различных стратегий эксплуатации патогенов, проживающих в хозяевах женского и мужского пола, и сосредоточимся на эволюционных последствиях различных путей передачи, обеспечиваемых каждым полом патогенам, являющимся хозяином. В то время как оба пола являются переносчиками передачи другому человеку в одной и той же популяции (горизонтальная передача), передача от родителей к потомству во время беременности, родов или кормления грудью (вертикальная передача от матери; далее вертикальная передача) ограничивается женщинами.

Здесь мы исследуем, может ли одно только это фундаментальное биологическое различие управлять эволюцией специфической для пола вирулентности у патогена. Мы развиваем эволюционную теорию, формулируя и аналитически решая расширение классической модели «восприимчиво-инфицированные-выздоровевшие» 23, которая включает вертикальную и горизонтальная передача между хозяевами мужского и женского пола. Мы используем эту модель, чтобы выяснить, приведет ли смешанная передача к развитию половых различий в вирулентности. Мы применяем наши результаты для объяснения наблюдаемых различий в вирулентности между мужчинами и женщинами, инфицированными HTLV-1, в двух эндемичных регионах: Японии и Карибском бассейне.

Результаты

Формулировка модели

Мы расширяем классическую модель SIR 23, включая вертикальную и горизонтальную передачу между мужскими и женскими хозяевами (подробности см. На рис. 1 и «Методы»). Мы решаем эту модель, позволяющую патогенам проявлять различную вирулентность у мужчин и женщин.

Мы моделируем непрерывное изменение во времени доли восприимчивых (индекс s), инфицированных (индекс i) и выздоровевших (индекс r) у мужчин ( m) и женщин ( f). Рожденные самцы и самки Bm и Bf инфицированы с вероятностью αfi . Восприимчивые самцы и самки, ms и fs , заражаются с вероятностью, определяемой силой заражения самцов Hm = β (δm) γmmmi+ β (δf) γfmfiи самкиHf =β (δf) γfffi+ β (δm) γmfmi. В равновесной популяции каждая умирающая особь заменяется новорожденным.

Существует обширная литература по эпидемиологическим моделям, изучающим эволюцию вирулентности патогенов, которые передаются горизонтально только 24,25. Существует ограниченная литература по эпидемиологическим моделям, изучающим эволюцию вирулентности у патогенов, которые передаются только вертикально 26, что показывает, что естественный отбор неблагоприятен для патогенов, которые передаются только вертикально (когда вертикальная передача является однородительской), если они проявляют какую-либо степень вирулентности 26,27 . Патогены могут сохраняться только в том случае, если они демонстрируют некоторые особенности, которые компенсируют потерю приспособленности, вызванную смертью их хозяина 26,28. Эпидемиологические модели патогенов, которые передаются только горизонтально или вертикально, не учитывают патогены, которые могут проявлять разную вирулентность у мужчин и женщин (но см.29 для вирулентности, специфической для пола в результате разной резистентности хозяев мужского и женского пола).

Существует также обширная литература по моделям поведения, изучающим эволюцию убийства самцов патогенами, передаваемыми исключительно через цитоплазматическую наследственность (самцы-киллеры) 30,31, что эквивалентно ограниченной вирулентности самцов в отношении патогенов, которые передаются только вертикально. Естественный отбор не оказывает неблагоприятного воздействия на мужчин-убийц, потому что их вирулентность ограничивается полом, который их не передает, и, таким образом, не приводит к потере приспособленности 32. Однако естественный отбор благоприятствует мужчинам-убийцам только тогда, когда смерть мужчины приводит к большей приспособленности женщин, тесно связанных с мужчинами-убийцами ( компенсация приспособленности) 28.

Здесь мы формулируем эпидемиологическую модель, изучающую эволюцию вирулентности патогенов, которые передаются горизонтально и вертикально ( смешанная передача). Когда происходит смешанная передача, патогены, которые передаются вертикально, могут сохраняться, потому что они также передаются горизонтально, а не потому, что они демонстрируют какую-либо форму компенсации приспособленности 26,27,33,34. Из-за своей сложной природы эпидемиологические модели смешанной передачи встречаются редко 27,33,34,35,36, и они не учитывают патогены, которые могут иметь разную вирулентность у мужчин и женщин. Таким образом, насколько нам известно, наша эпидемиологическая модель является первой, в которой рассматриваются патогены с вирулентностью, зависящей от пола. Что наиболее важно, эта модель позволяет нам исследовать эволюцию половой вирулентности патогенов, вызывающих инфекционные заболевания, где горизонтальная передача играет роль, когда единственное различие между полами - это наличие вертикальной передачи у женщин.

В нашей модели заражение может происходить либо через вертикальную передачу со скоростью α, либо через горизонтальную передачу со скоростью βза контакт (рис. 1). Горизонтальная передача может происходить либо от мужчин, либо от женщин, то есть βmи βf, где нижние индексы mи fобозначают мужчин и женщин. Контакты могут устанавливаться между полами любого пола со скоростями γmm, γmf, γfmи γff.с первым нижним индексом, указывающим отправную точку, и второй пункт назначения. Мы предполагаем, что количество контактов в единицу времени не зависит от количества особей в популяции. Инфицированный человек либо выздоравливает со скоростью σ, либо умирает от причин, не связанных с инфекцией, со скоростью μ(естественная смертность), либо умирает от причин, связанных с инфекцией, со скоростью ν(вирулентность) (рис. 1). Следовательно, количество инфекций среди населения теряется со скоростью δ,равной сумме этих показателей ( δ= σ + μ + ν; рис. 1). Другой способ интерпретации δ- это величина, обратная средней продолжительности инфекции: чем выше δ, тем короче будет средняя продолжительность заражения. Скорость потери инфекции δ- это стратегия патогена по эксплуатации своего хозяина ( стратегия эксплуатации). Важно отметить, что мы допускаем, что стратегия эксплуатации патогена различна у мужчин ( δm) и женщин ( δf) (рис. 1).

Компромисс между вирулентностью и выздоровлением и передачей

Чем выше вирулентность ν(и, следовательно, чем короче продолжительность инфекции), тем выше скорость горизонтальной передачи β37,38,39,40, то есть β′ ( δ)>0, где штрих обозначает производную (см. Методы, дополнительная таблица 1 для используемых обозначений). Мы делаем стандартное в эволюционных эпидемиологических моделях 24,25,41 допущение о том, что существует очевидный компромисс между горизонтальной скоростью передачи патогена βот мужчин и женщин, то есть βmи βf, и его вирулентностью ν.у мужчин и женщин, то есть νmи νf, опосредованные специфичными для пола стратегиями δmи δf(ссылки 24, 25, 41), то есть βm( δm), βf( δf) и νm( δm), νf( δf). Следуя классическим моделям вертикальной передачи 33,34, мы делаем предположение, что вертикальная передача патогена α не зависит от его вирулентности ν.. Поскольку мы заинтересованы в исследовании того, способствует ли добавление вертикальной передачи патогену к различным стратегиям у мужчин и женщин (то есть, благоприятствует ли эволюция значениям δmи δf, которые не равны), мы делаем консервативное предположение, что передача - Компромисс вирулентности одинаков для патогенов, проживающих у хозяев любого пола, то есть βm= βf= βи νm= νf= ν. Поскольку передача и вирулентность зависят от стратегий эксплуатации с учетом пола, это позволяет передавать и вирулентность патогенов у женщин ( β( δf) и ν( δf)) должны отличаться от тех, кто проживает у мужчин ( β( δm) и ν( δm)).

ESS для стратегии, не связанной с полом

Мы выводим пригодность мутантного патогена и стратегию эксплуатации, которая однажды установилась в популяции, не может быть побеждена какой-либо альтернативной стратегией эксплуатации (ESS) 32,42. Мы делаем это путем нахождения эксплуатации, для которой градиент выбора равен нулю (см. Раздел «Методы» в конце статьи и «Дополнительные методы» для получения подробной информации о выводе). Мы показываем, что неспецифическая для пола ( δm= δf= δ) ESS`` удовлетворяет:

Этот результат поддается простой интерпретации: его можно интерпретировать как долю времени, которую патоген проводит у женщин в популяции, находящейся в равновесии, можно интерпретировать как среднее количество женщин, которых инфицированный сын заражает путем горизонтальной передачи в равновесии, и коэффициенты рождаемости среди мужчин и женщин находятся в равновесии (рис. 2). Выражение можно интерпретировать как эффективную скорость вертикальной передачи (рис. 2). При отсутствии вертикальной передачи, α= 0, мы получаем классический результат эволюции вирулентности патогенов с горизонтальной передачей только 24,25.

Интерпретация параметра и выражения. - это среднее количество женщин, инфицированных по горизонтали от сына, и мужских инфекций, которые он вызовет, и является результатом суммирования всех возможных случаев передачи инфекции женщинам. эффективная скорость вертикальной передачи. Он является результатом расчета вероятности вертикальной передачи сыновьям и дочерям и горизонтальной передачи от сына к женщинам, с которыми он устанавливает контакт.

ESS для половых стратегий

Решая различные стратегии эксплуатации мужчин и женщин, δmи δf, мы определяем ESS для стратегии, специфичной для мужчин:

и ESS для стратегии, ориентированной на женщин:

Обратите внимание, что стратегия ESS, ориентированная на мужчин, аналогична стратегии ESS, не связанной с полом, когда вирулентность не выражена у женщин, то есть когда, а стратегия ESS для женщин такая же, как и стратегия ESS без учета пола. специфическая стратегия, когда вирулентность проявляется только у самок,. В отсутствие вертикальной передачи, α= 0, нет разницы в вирулентности между стратегиями, специфичными для мужчин и женщин. Сводку результатов см. В Таблице 1.

Используя графический метод 43 для анализа результата (1), мы подтверждаем существующие результаты, указывающие на то, что патоген, который передается горизонтально и вертикально, становится менее вирулентным, чем патоген, который передается только горизонтально (рис. 3a) 34,44. Используя тот же графический метод для анализа результатов (2) и (3), мы делаем два новых прогноза: во-первых, патоген, который передается горизонтально и вертикально, находится под селективным давлением, чтобы развить специфичную для пола вирулентность с более низкой вирулентностью у женщин, чем у мужчин (рис. . 3b). Интуитивная причина состоит в том, что наличие дополнительного пути передачи делает жизнь хозяев, передающих вертикально, - самок, но не самцов - более ценной для патогена. Во-вторых, чем выше вертикальная передача, тем больше разница в вирулентности между самцами и самками, для которых выбран патоген (рис. 4).Следовательно, учитывая две популяции, которые различаются по скорости вертикальной передачи, вирулентность, специфичная для пола, с большей вероятностью будет наблюдаться в популяции с более высокой скоростью вертикальной передачи. Хотя этот результат является общим, величина различия может зависеть от параметров модели (дополнительные методы).

Мы используем графический метод, аналогичный разработанному ван Бааленом и Сабелисом 43, чтобы определить, какая вирулентность ESS будет выше. ( а) Сравнение вирулентности ESS с вертикальной передачей и без нее при отсутствии стратегий, специфичных для пола. Без вертикальной передачи ( α= 0) стратегия использования ESS () - это точка, где тангенс функции горизонтальной передачи ( β′ ( δ)) пересекает абсциссу в δ= 0. При вертикальной передаче ( α>0) стратегия использования ESS () - это точка, где тангенс функции горизонтальной передачи ( β′ ( δ)) пересекает абсциссу в. Обратите внимание, что тангенс функции горизонтальной передачи в ESS больше или равен вертикальной передаче, то есть. Это означает, что вирулентность ESS выше или равна без вертикальной передачи, то есть. ( b) Сравнение вирулентности ESS, когда вирулентность может различаться у мужчин и женщин. При специфической для самцов вирулентности () стратегия использования ESS () - это точка, в которой тангенс функции горизонтальной передачи пересекает абсциссу в δm.= 0. При специфической для самок вирулентности () стратегия использования ESS () - это точка, где тангенс функции горизонтальной передачи пересекает абсциссу в. Обратите внимание, что тангенс функции горизонтальной передачи в ESS выше или равен специфической для самок вирулентности, то есть. Это означает, что вирулентность ESS выше или равна у мужчин.

Вероятность смерти от болезни в течение всей жизни () в ESS для стратегий эксплуатации, специфичных для мужчин, женщин и не связанных с полом, как функция скорости вертикальной передачи, αПараметры = 1/80 σf= σm= 0; ϕ= 0,5,; ; и . Для этих параметров вероятность смерти от болезни для мужчин при мужской специфической вирулентности достигнет значения ESS, равного 6%.

Прогнозы эволюции часто трудно подтвердить. Однако в этом случае есть уникальный естественный эксперимент, который позволяет нам проверить наше предсказание. HTLV-1 - это ретровирус, который передается горизонтально при половом акте и вертикально передается при грудном вскармливании 13. Инфекция HTLV-1 может перейти в ATL, которая является летальной. Белок Tax - кодируется налогомвирусных генов.- контролирует онкогенный потенциал вируса 45,46, и поэтому экспрессия белка Tax положительно коррелирует с вирулентностью патогена. Наличие антител против Tax также является независимым фактором риска передачи половым путем 47, но не передачи через грудное вскармливание 48. Таким образом, синтез налога с помощью HTLV-1 порождает компромисс между горизонтальной передачей и вирулентностью в соответствии с предположениями нашей модели.

HTLV-1 широко распространен в двух очагах, расположенных на юге Японии и в Карибском бассейне 13. Эти очаги различаются по относительной важности каждого пути передачи, причем грудное вскармливание является более важным в Японии, а половые сношения более важны в Карибском бассейне. Это утверждение подтверждается тремя наблюдениями: (i) в Японии пространственное распределение HTLV-1 имеет неоднородную структуру, характерную для вертикальной передачи 49,50,51, в то время как в Карибском бассейне распределение более равномерное 52,53; (ii) Передача HTLV-1 при грудном вскармливании (вертикальная передача) не предвзята по признаку пола, но передача через половой контакт (горизонтальная передача) является предвзятой женщиной. В Японии распространенность HTLV-1 непредвзята в раннем возрасте, а у женщин - в более позднем возрасте (в возрасте 40-50 лет), что согласуется с тем, что вертикальная передача там более важна 50,51,54, в то время как в Карибском бассейне распространенность HTLV-1 обусловлена ​​предвзятостью женщин на протяжении всей взрослой жизни (с 20 лет) 53,55; (iii) Японские женщины включают грудное молоко в рацион своих детей в течение более длительного времени и в большей пропорции, чем женщины Карибского бассейна 56,57,58, таким образом увеличивая уровень вертикальной передачи на ребенка 59.

Тот факт, что скорость вертикальной передачи выше в Японии, чем в странах Карибского бассейна, позволяет предположить, что HTLV-1 должен быть менее опасен для женщин по сравнению с мужчинами в Японии, чем в странах Карибского бассейна (рис. 5). Этот прогноз подтверждается эпидемиологическими данными: у японских мужчин, инфицированных HTLV-1, вероятность развития ATL в 2–3,5 раза выше, чем у японских женщин 13,14,45. Напротив, у карибских мужчин, инфицированных HTLV-1, вероятность развития ATL такая же, как у карибских женщин 13,52,60 (рис. 6). Хотя вполне возможно, что эта разница вызвана тем, что мужчины хуже борются с инфекционными заболеваниями, чем женщины в Японии, но не на Ямайке, это маловероятно. Соотношение мужской и женской смертности от инфекционных заболеваний составляет 1,04 в Японии и 1,11 на Ямайке (ГББ 2013 (ссылка 61)).Обратите внимание, что нам понадобится коэффициент смертности тех, кто уже инфицирован в каждой стране (который недоступен), чтобы дать окончательный ответ, но эти цифры предполагают, что здоровье мужчин по сравнению с женщинами в этих странах существенно не отличается. Есть также некоторые признаки того, что вирус действует по-разному в этих двух местах: значительно меньшее количество японских носителей демонстрируют реакцию антител против Tax, чем носители из Карибского бассейна, что означает, что вирус действует по-разному в этих двух регионах и производит меньше белка Tax, и, таким образом, меньше лейкемии, в Японии 45.значительно меньше японских носителей демонстрируют ответ антител против Tax, чем носители из Карибского бассейна, что означает, что вирус действует по-разному в двух регионах и производит меньше Tax-белка и, следовательно, меньше лейкемии в Японии 45.значительно меньше японских носителей демонстрируют ответ антител против Tax, чем носители из Карибского бассейна, что означает, что вирус действует по-разному в двух регионах и производит меньше Tax-белка и, следовательно, меньше лейкемии в Японии 45.

Прогнозы эволюции вирулентности, зависящей от пола, в двух популяциях, где относительный вес вертикальной передачи ниже ( а) (например, Карибский бассейн, где передача через грудное вскармливание низкий) и выше ( б) (например, Япония, где передача через грудное вскармливание выше). На рисунках показано, как прогнозируется, что разница в вирулентности между мужчинами и женщинами в Японии будет больше, чем в странах Карибского бассейна.

Данные о пожизненном риске прогрессирования ATL среди мужчин-носителей HTLV-1 по сравнению с женщинами-носителями. Риск перехода к ATL в течение жизни примерно одинаков у мужчин и женщин в странах Карибского бассейна 60, но в 2,0–3,5 раза выше у мужчин, чем у женщин в Японии 14.

Мы предполагаем, что географические различия в отношении прогрессирования к ATL, которые озадачивали ученых за последние два десятилетия 13,14,45, по крайней мере частично, вызваны гендерно-зависимой адаптацией вирулентности HTLV-1. В Японии, где важность передачи грудного вскармливания по сравнению с половым путем выше, естественный отбор по HTLV-1 способствует более медленному прогрессированию в ATL у женщин, чем у мужчин, таким образом, сохраняя женщин как вирусный путь передачи. Однако в странах Карибского бассейна, где важность грудного вскармливания по сравнению с передачей половым путем ниже, естественный отбор по HTLV-1 не поддерживает никаких различий в прогрессировании до ATL между женщинами и мужчинами.

Обсуждение

Наша работа показывает, что естественный отбор благоприятствует патогенам, вызывающим различную смертность у мужчин и женщин, когда они передаются горизонтально и вертикально. В частности, ожидается, что патогены будут развивать степень мужской вирулентности, равную степени вирулентности патогенов в популяции без вертикальной передачи, и более низкую степень женской вирулентности, чем у патогенов в популяции без вертикальной передачи (рис. 3). В качестве альтернативы ожидается, что патогены будут развивать более высокую степень мужской вирулентности, чем патогены в популяции со смешанной передачей, но без вирулентности, специфичной для пола, и степень женской вирулентности ниже, чем у патогенов в популяции со смешанной передачей, но без половой принадлежности. специфическая вирулентность (рис. 3 и 4). Интуитивная причина заключается в том, что женщины, а не мужчины, обеспечивают дополнительный путь передачи,что делает этих хозяев более ценными для патогена.

Наша модель предсказывает, что патогены, которые передаются горизонтально и вертикально при грудном вскармливании, с большей вероятностью будут иметь более низкую вирулентность у женщин в тех обществах, которые кормят грудью больше или дольше (более высокие уровни вертикальной передачи). Этот прогноз соответствует половой вирулентности HTLV-1 в Японии, где вертикальная передача значима, и отсутствию различий в вирулентности у мужчин и женщин-хозяев одного и того же вируса в Карибском бассейне, где вертикальная передача менее важна. Интересно, что это подразумевает социальную дилемму, когда расширенная практика грудного вскармливания может в конечном итоге привести к спасению жизни женщин (которые могут пострадать от менее опасной инфекции), рискуя жизнями своих детей (которые с большей вероятностью приобретут инфекция их матери). Похожая картина наблюдается в МТБ,ВПЧ и ВЭБ - все инфекции, которые могут передаваться от матери к ребенку, и все эти патогены значительно более вирулентны у мужчин, чем у женщин. Мы надеемся, что это совпадение между прогнозами и данными послужит стимулом для сбора большего количества эпидемиологических данных о прогрессировании других заболеваний с учетом пола, что в конечном итоге может подтвердить связь между вертикальной передачей и вирулентностью с учетом пола.

Наша работа развивает существующую теорию эволюции вирулентности, рассматривая патогены, которые могут вызывать различную смертность у хозяев мужского и женского пола. Мы предлагаем общее аналитическое решение для эволюционно стабильной стратегии патогена, который может передаваться горизонтально и вертикально. Это решение может приспособиться к любой структуре контактов, зависящей от пола, и другим демографическим параметрам, зависящим от пола хозяина. Кроме того, это решение может учитывать специфичную для пола (и не специфичную для пола) вирулентность патогена.

Наша работа обращает внимание на патогены, вызывающие инфекционные заболевания, как на потенциальную причину наблюдаемой разницы в вирулентности между мужчинами и женщинами. Мы моделируем фундаментальное биологическое различие между мужчинами и женщинами - вертикальную передачу через грудное вскармливание, живорождение или другими способами - и показываем, что естественный отбор способствует изменению вирулентности между полами. Наша работа не предполагает никаких других биологических различий между мужчинами и женщинами, но на практике, конечно, есть. Менее фундаментальные различия, такие как степень горизонтальной передачи по полу, структура контактов с полом, могут усилить различие в вирулентности между полами, которое можно отнести к возбудителю.

Наша работа ставит под сомнение преобладающую гипотезу о том, что наблюдаемые различия в вирулентности между полами должны объясняться различиями в реакции иммунной системы мужчин и женщин на инфекцию. В дебатах о том, что вызывает наблюдаемые различия между полами (гормоны, гены), мы отдаляемся от хозяев, в центре которых находится спор, чтобы увидеть глазами патогена. Мы утверждаем, что причина может заключаться в действии патогена, и что одна только иммунная система хозяев не даст полностью удовлетворительного ответа, как и действие одних только патогенов.

В то время как большая часть текущих медицинских исследований для понимания половых различий в вирулентности сосредоточена на профиле экспрессии генов хозяина 18, наша работа предлагает сравнить профиль экспрессии генов патогенов в патогенах, инфицирующих мужчин и женщин. Современная медицина предполагает манипулирование экспрессией генов-хозяев, лежащих в основе иммунной реакции мужчин, для обеспечения иммунного ответа у мужчин, аналогичного таковому у женщин. Если бы были найдены доказательства различных профилей экспрессии генов патогенов у патогенов, инфицированных разного пола, медицинские исследования могли бы попытаться манипулировать сигналами, используемыми патогенами, для определения пола их хозяина. Манипулируя этими сигналами, можно включить фенотип женской вирулентности в патогенных микроорганизмах, инфицирующих мужчин, тем самым снизив тем самым вызываемую ими смертность.

Лучшее понимание того, что вызывает наблюдаемые различия в вирулентности между мужчинами и женщинами, должно приблизить нас к внедрению медицинского лечения с учетом пола, улучшающего терапевтический выбор.

Методы

Модель

Здесь мы разрабатываем математическую модель, которая включает горизонтальную и вертикальную передачу между хозяевами мужского и женского пола.

Как мы показываем в разделе «Дополнительные методы», общая модель изменения во времени tдоли восприимчивых и инфицированных мужчин, обозначенная как ms , mi , выглядит следующим образом:

Еще новости