病原体竞争预测新理论：新兴菌株如何崛起

新冠疫情显示，预测新型病原体对人类群体的侵入情况及其产生新变种的进化潜力，对于预防未来的疫情暴发极为关键。

普林斯顿大学和芝加哥大学开展的新研究发表于《科学》杂志，提出了一个用于预测此类入侵及其对竞争病原体影响的统一理论。

“众多不同的病原体会感染人类群体，所以解释菌株循环模式的差异始终是一项重大挑战，”主要作者 Sang Woo Park 说，他是普林斯顿大学生态与进化生物学系最近的博士毕业生，也是芝加哥大学生命科学研究基金会的研究员。

“比如，流感和新冠病毒呈现出菌株替代的情况，这意味着新菌株的出现致使之前的菌株消亡。这给疫苗研发带来了重大难题。但对于其他病原体而言，情况未必这般。比如，RSV，一种常见的呼吸道病原体，尤其在儿童中引发感冒，有两种菌株共同传播。”

“其他研究人员为理解流感、新冠病毒和 RSV 之间的病原体竞争提供了关键见解，”Park 说。“相反，我们期望开发出一个单一且统一的理论，能够解释为何我们在某些病原体中能看到菌株替代，而在其他病原体中却看不到。”

“开发一个统一的理论非常重要，因为这能让我们对不同的病原体进行比较，并找出导致病原体之间菌株传播模式存在差异的机制，” 合著者 C. 杰西卡·梅特卡夫（C. Jessica Metcalf）说道，她是普林斯顿大学生态学与进化生物学及公共事务教授，也是普林斯顿高草地环境研究所的相关教员。

在这篇论文里，作者对来自群落生态学的经典理论进行了扩展，用于预测物种竞争的结果。他们表明，同样的想法可以应用于比较相互竞争的病原体菌株，并预测新菌株是否会取代其竞争对手。

“从生态学的术语来讲，一个菌株在已经有另一个菌株存在的群体中进行传播的能力，是菌株共同传播的关键预测因素，” 合著者乔纳森·莱文（Jonathan Levine）说道，他是普林斯顿大学环境研究的 J.N. 艾利森教授、生态学与进化生物学系主任，也是高草地环境研究所的相关教员。

“令人惊讶的是，我们的模型预测，在常见人类病原体（如流感和新冠病毒）存在竞争菌株的情况下，大多数竞争菌株都能传播，”布莱恩·格伦费尔说道，他是这篇论文的资深作者，也是普林斯顿大学的凯瑟琳·布里格和萨拉·芬顿生态学与进化生物学及公共事务教授，同时也是高草地环境研究所的相关教职人员。

“这一结果最初看似与在流感和新冠病毒中观察到的菌株替换情况相矛盾。相反，这项研究表明，预测菌株共同传播还有另一层复杂性。”

该研究发现，菌株共存还要求两个竞争菌株在最初入侵之后能在种群中持续存在。作者随后表明，人群层面的免疫力能够预测新菌株和旧菌株是否会留在人群中，以及最终是否会共同传播。

帕克说：“当一种新的毒株首次进入人群，它会感染众多人，让他们获得免疫力。”

这种免疫力的逐步形成会阻止该毒株再次侵入人群，一直到人群中由于出生或者免疫力减退而出现数量充足的易感个体。

合著者、芝加哥大学生态与进化系的莎拉·科比教授说道：“疫情爆发后，易感人群增长的速度是决定再次爆发可能性的关键因素，进而也决定了毒株共同传播的能力。”

总的来讲，这项工作表明有许多病原体具备入侵人群的潜力，”帕克补充说。

这项工作凸显了了解不同病原体之间的相互作用对于预测未来疫情以及进行预防的重要性。