Вирусы помогут управлять численностью возбудителей заболеваний

Ученые разработали математическую модель взаимодействия бактерий — возбудителей опасного заболевания и вирусов. Полученные данные открывают новые возможности для того, чтобы контролировать распространение мелиоидоза — острой инфекционной болезни, часто приводящей к смерти пациентов. Результаты работы опубликованы в журнале Scientific Reports.

Мелиоидоз — острая инфекционная болезнь, протекающая в виде тяжелого сепсиса с образованием множественных гнойных воспалений в различных органах. В 40% случаев она приводит к смерти пациентов. Особенно сильно рискуют заразиться люди, страдающие от диабета. Возбудитель мелиоидоза — бактерия Burkholderia pseudomallei (бацилла Уитмора), которая особенно активна в воде и почве. Болезнь широко распространена в Юго-Восточной Азии, а также Индонезии, Австралии, Западной и Восточной Африке.

«Мелиоидоз — серьезное и опасное заболевание, но многие исследования на эту тему в основном сводятся к исследованию бактерий, а фагам, которые обнаружены в местах обитания патогена, не уделяется должного внимания, — рассказывает один из авторов исследования, Андрей Морозов из Университета Лестера (Великобритания). — Мы задались вопросом: возможно ли предсказать изменение числа патогенных бактерий и то, какую роль в этом процессе играют фаги в зависимости от сезона и погодных условий».

Для этого ученые разработали несколько математических моделей, которые предсказывают сезонную и ежедневную динамику размера популяций бактерий Burkholderia pseudomallei, связанных с зависимыми от температуры фагами, на рисовых полях в двух провинциях Таиланда. В качестве переменных использовались данные о температуре и уровне ультрафиолетового (УФ) излучения.

Результаты моделирования показывают, что наиболее опасен период с марта по сентябрь. Основной источник смертности бактерий — заражение фагами, то есть вирусами, которые поражают бактерии избирательно. Весной и летом, когда уровень ультрафиолетового излучения высок, фаги умирают, поэтому число бактерий растет. В то же время в богатой питательными веществами среде в том случае, если интенсивность УФ-излучения остается постоянной, решающую роль играет температура. Так, если она выше 35 °C, фаг переходит в состояние, когда он уничтожает клетки бактерии (так называемый литический цикл), что позволяет контролировать размер популяции патогена. Модель также показывает, что количество свободных от фагов бактерий максимально вечером (около 20:00) и минимально утром (около 09:00).

Помимо ультрафиолетового излучения, на уровень свободных фагов влияют и используемые удобрения. Недавние исследования показывают, что химикаты на основе меди убивают фаги, как влияют другие, пока неизвестно. Они делают динамику непредсказуемой, что потенциально может быть опасно для человека.

«В отличие от лабораторных условий, в природе у лизогена (бактерии, инфицированной фагом) и у патогенной бактерии есть ограничивающие факторы, от которых зависит размер их популяции, — добавляет один из авторов исследования Андрей Летаров, сотрудник МФТИ, МГУ имени М.В. Ломоносова и Института микробиологии имени С.Н. Виноградского РАН. — Чтобы сделать модель более реалистичной, мы измерили целый ряд реальных параметров фагов. Таким образом, модель предсказывает, при каком соотношении сезонных параметров повышается риск заражения мелиоидозом».

Модель показывает, как фаг взаимодействует с бактерией. Полученные результаты открывают целый ряд возможностей для того, чтобы контролировать заболевание, начиная от пересмотра и определения графика полевых работ в зависимости от сезона, понимания того, в какое время могут потребоваться дополнительные меры безопасности, такие как специальная экипировка, и заканчивая тем, какие удобрения не вредят фагам и могут быть использованы для того, чтобы ограничивать популяцию патогенных бактерий.

Понравился материал? Добавьте Indicator.Ru в «Мои источники» Яндекс.Новостей и читайте нас чаще.

Пресс-релизы о научных исследованиях, информацию о последних вышедших научных статьях и анонсы конференций, а также данные о выигранных грантах и премиях присылайте на адрес science@indicator.ru.