一種新的瘧疾數(shù)學(xué)模型顯示了人體內(nèi)寄生蟲菌株之間的競爭如何降低高傳播環(huán)境中耐藥性的可能性。但是，如果耐藥菌株確實成立，那么同樣的競爭會在抗瘧藥物的強烈選擇下更快地推動抗藥性的傳播。

“這基本上是一場數(shù)字游戲，”為她的博士開發(fā)模型的瑪麗布什曼說。埃默里大學(xué)人口生物學(xué)，生態(tài)學(xué)和進化研究生課程的論文。“當你已經(jīng)在一個種群中有多種瘧疾菌株，并且出現(xiàn)耐藥菌株時，它通常會滅絕，因為它是一個后來者。無論哪種菌株首先都有優(yōu)勢。”

PLOS生物學(xué)發(fā)表了這一研究結(jié)果，這是一個模擬瘧疾流行病的計算框架，涵蓋了多種規(guī)模的瘧疾流行?。杭纳x從蚊子傳播到人類，以及寄生蟲競爭感染血細胞的動態(tài)，同時它們也與人類宿主的免疫系統(tǒng)作斗爭。

創(chuàng)建該模型后，布什曼在人口中進行模擬跟蹤瘧疾大約14年。這些模擬包括400名理論人員，他們被12,000只蚊子隨機咬傷，這些蚊子被瘧疾寄生蟲感染，分類為耐藥或藥物敏感?？汞懰幬锏母鞣N治療水平也是模擬的一部分。

“我們的模型與瘧疾之外的傳染病具有很強的相關(guān)性，”埃默里的進化生物學(xué)家，該論文的高級作者Jaap de Roode說。“我們希望這項研究能夠讓其他人了解各種生物有機體的疾病動態(tài)，了解一系列病原體中的耐藥性如何發(fā)展。”

該研究的作者還包括埃默里生物學(xué)家Rustom Antia(傳染病模型專家)和Venkatachalam Udhayakumar，他是疾病控制和預(yù)防中心寄生蟲病和瘧疾分部的瘧疾專家。

研究人員正在努力將他們的瘧疾特定模型發(fā)展成為傳染病的通用軟件工具。“計算機模型有時可以為你提供在實際環(huán)境中難以獲得的洞察力，”布魯克曼說，他現(xiàn)在是安踏實驗室的博士后研究員。

瘧疾發(fā)生在世界貧困，熱帶和亞熱帶地區(qū)，盡管全球大部分死亡人數(shù)來自撒哈拉以南非洲的兒童。在這個高傳播區(qū)域感染的人通常會有多種寄生蟲菌株，到成年時，它們通常會產(chǎn)生部分免疫力。

“這是一種莫名其妙的疾病，”布什曼說。“瘧疾已經(jīng)研究了100多年，比大多數(shù)疾病都要長得多，但仍然有很多我們不了解它。

瘧疾是由蚊子傳播給人類的幾種瘧原蟲寄生蟲引起的。惡性瘧原蟲(Plasmodium falciparum)是非洲大陸上最常見的瘧疾寄生蟲，是全球瘧疾相關(guān)死亡人數(shù)最多的一種。

惡性瘧原蟲已經(jīng)對以前的一線療法氯喹和磺胺多辛 - 乙胺嘧啶產(chǎn)生抗藥性。在東南亞也出現(xiàn)了第三種也是最后一種治療方法，即青蒿素聯(lián)合治療或ACT。

關(guān)于瘧疾的一個謎團是為什么耐藥菌株傾向于首先出現(xiàn)在像東南亞這樣的低透射區(qū)域，而且直到很久以后才出現(xiàn)在傳播率很高的非洲。

由de Roode和Bushman領(lǐng)導(dǎo)的先前研究表明，當人們與抗藥性和藥物敏感的瘧疾菌株共同感染時，兩種菌株都被競爭性抑制。

對于本文，研究人員希望更詳細地了解這些動態(tài)。一些證據(jù)表明，主持人內(nèi)部的競爭可能會抑制阻力，而其他研究表明它可能會增加抵抗力。

布什曼說：“這是一個有點難題，為什么調(diào)查結(jié)果是相互矛盾的。”

由瘧疾寄生蟲如何在免疫系統(tǒng)和它們感染的血細胞中起作用的證據(jù)驅(qū)動的新模型為這一難題提供了解決方案。

布什曼說：“之前的一些模型是基于這樣的假設(shè)：當你將兩株瘧疾放入宿主時，它們會分裂50-50。”“但我們的模型顯示該系統(tǒng)是不對稱的。當你將兩個菌株放入宿主時，它們實際上從未分開50-50。”

后來者通常會滅絕，這就解釋了為什么在高傳播地區(qū)，耐藥菌株處于極大的劣勢。但是在東南亞等低傳播區(qū)域，耐藥菌株更有可能首先進入宿主并建立起來。

新模型還顯示，一旦耐藥菌株在高透射區(qū)域內(nèi)建立，它將比在低透射區(qū)域中傳播得快得多。

布魯曼說：“建立和傳播之間的區(qū)別剛剛從數(shù)據(jù)中跳出來。”“我們的模型驗證了論證的兩個方面 - 競爭寄生蟲的內(nèi)部動態(tài)可以抑制和加速抗性的傳播。這種現(xiàn)象發(fā)生在過程的不同階段，因此它們都可能發(fā)生。”

這一結(jié)果為解釋為什么氯喹抗性在非洲相對較晚到達，1978年出現(xiàn)在肯尼亞和坦桑尼亞，然后在整個非洲大陸迅速蔓延。