Evolutionary emergence of infectious diseases in heterogeneous host populations
Notice bibliographique
Résumé
Abstract Emergence and re-emergence of pathogens are notoriously difficult to predict. The erratic nature of those events is reinforced by the stochastic nature of pathogen evolution during the early phase of an epidemic. For instance, mutations allowing pathogens to escape host resistance may boost pathogen spread and promote emergence. Yet, the ecological factors that govern such evolutionary emergence remain elusive both because of the lack of ecological realism of current theoretical frameworks and the difficulty of experimentally testing their predictions. Here we develop a theoretical model to explore the effects of the heterogeneity of the host population on the probability of pathogen emergence, with or without pathogen evolution. We show that evolutionary emergence and the spread of escape mutations in the pathogen population is more likely to occur when the host population contains an intermediate proportion of resistant hosts. We also show that lower pathogen inoculum size and higher diversity of host resistance decrease the probability of evolutionary emergence. Crucially, we present experimental confirmations of these predictions using lytic bacteriophages infecting their bacterial hosts containing diverse CRISPR-Cas immune defenses. We discuss the implications of these results for cross-species spillover and for the management of emerging infectious diseases. Significance statement Can we predict the emergence of infectious diseases? The probability that an epidemic breaks out is highly dependent on the ability of the pathogen to acquire new adaptive mutations and to induce evolutionary emergence. Forecasting pathogen emergence thus requires a good understanding of the interplay between epidemiology and evolution taking place at the onset of an outbreak. Here, we provide a comprehensive theoretical framework to analyze the impact of host population heterogeneity on the probability of pathogen evolutionary emergence. We use this model to predict the impact of the fraction of susceptible hosts, the inoculum size of the pathogen and the diversity of host resistance on pathogen emergence. Our experiments using lytic bacteriophages and CRISPR-resistant bacteria support our theoretical predictions.
Récupéré en direct depuis OpenAlex et désinversé. Les résumés ne sont pas conservés dans cette base de données : les index inversés représentent 8,6 Go des 9,3 Go de texte de la base, et le serveur dispose de 13 Go libres.
Comment cette classification a été obtenuedéplier
Prédiction machine sur la base complète
Imitation des enseignantsNi prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Le volet Gemma est une étiquette directe du modèle pour chaque travail de la base, lue sur la notice réduite au titre. Le volet Codex est un classifieur appris des 10 348 étiquettes directes de Codex et calibré sur les taux pondérés de l'échantillon; les champs sans appui suffisant ne portent aucun appel Codex. Le mode candidate est l'union des deux volets; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont pas des étiquettes humaines.
Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)
| Catégorie | Codex | Gemma |
|---|---|---|
| Métarecherche | 0,002 | 0,008 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,001 | 0,001 |
| Bibliométrie | 0,001 | 0,000 |
| Études des sciences et des technologies | 0,001 | 0,001 |
| Communication savante | 0,002 | 0,002 |
| Science ouverte | 0,001 | 0,001 |
| Intégrité de la recherche | 0,001 | 0,001 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,002 | 0,000 |
Scores machine (provisoires)
Les deux têtes enseignantes du modèle étudiant, lues sur ce travail. Un score ordonne la base pour la relecture; il n'affirme jamais une catégorie, et le statut de validation accompagne chaque rangée tel quel.
Scores de référence d'un modèle non mature (critères de maturité non atteints, 7 itérations). Un score ordonne; il n'affirme jamais une catégorie.
score_only:v0-immature-baseline · tel quel depuis la passe de notation : score_only signifie que le nombre peut ordonner les travaux, et qu'aucune étiquette de catégorie n'en découleClassification
machine, non validéePrédiction automatique; un appel candidat d’une seule source (Gemma direct ou Codex distillé), pas un consensus.
Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».