Kap. 15: Parasittisme og sykdom

1. Kap. 15:Parasittisme og sykdom Små “predatorer”

2. Modeller for parasittisme • De første biologiske modeller overhodet Modeller for mikroparasitter med direkte smitte: • Modeller uten populasjonsdynamikk (konstant antall N) • Ingen fødes/dør, susceptible blir syke (og smittsomme) og derretter immune • Modeller med populasjonsdynamikk (N varierer) • Ligner på modeller for predasjon (f.eks. Lotka-Volterra)

3. Modeller for parasittisme • Viktig parameter: R0 = Grunnleggende reproduktiv rate = hos mikroparasitter:antall en smittebærer greier å smitte før man blir frisk (eller ikke-smittsom) = hos makroparasitter:antall avkom per generasjon (som i økologi generelt) • Sykdom i endemisk fase: R0 = ca. 1 • Sykdom i epidemisk fase: R0 > 1 (gjerne mye større)

4. SIR-modell med konstant totalt antall (N) susceptiles infected recovered X Y Z • Ingen dør • Ikke noe “påfyll” av susceptible (ingen fødes, ingen immigrerer); sykdommen dør ut (Y går mot 0) • Bra modell for spredning av smittsomme sykdommer på kort sikt (f.eks. for enkeltutbrudd av influensa aller meslinger), og for effekt av vaksineringsprogrammer bXY gY N • = transmission coefficient g = recovery rate

5. SIR-modell: basal reproduktiv rate • = transmission coefficient g = recovery rate 1/g = antall dager før man blir frisk (ikke-smittsom) = sannsynlighet for å bli smittet per dag dersom alle andre er smittsomme parasittens basale reproduktive rate (R0) = [antall man smitter per dag]*[dager man er smittsom] = b∙1/g = b/g Høy R0: - rask spredning - mange får sykdommen

6. SIR-modell med konstant totalt antall N Utvikling over tid (jfr. fig. 15.2) 100% 100% 100% X Y Z 0% 0% 0% Sykdommen dør ut før alle har hatt den (men ved høy R0 får nesten alle sykdommmen)

7. SIR-modell: effekt av vaksinering b/g = parasittens basale reproduktive rate (R0) • R0 må være >1 for at sykdommen skal spre seg • Reproduktiv rate når en andel c av populasjonen er vaksinert: • R0 med vaksine = (1-c)∙b/g • R0 < 1 dersom c > 1 – 1/[R0 uten vaksine] • Eks. 1: human kopper (variolavirus) har R0 = 3-5 – utryddes om > 70-80 % vaksineres(i Norge: vaksine fra 1801 til ca. 1975. Sist registrert i Somalia i 1977.) • Eks. 2: meslinger har R0 = 16-18 – utryddes om > 93-94% vaksineres(i Norge: 92% i 2000, 84% i 2003: nedgang grunnet feilaktige rapporter om at vaksinering kunne føre til autisme.) • Eks. 3: malaria har R0 = ca. 100 – ekstremt vanskelig å utrydde • Eks. 4: munn- og klovsyke: har R0 = 50 (om en regner hele gårder)

8. SIR-modell: prediksjonsevne • To eksempler – viser god tilpasning

9. SIR-modell: prediksjonsevne • Meslinger i London over en 20-års-periode • Hver enkelt epidemi har et forløp som predikert fra en SIR-modell • Etter hver utdøelse trengs det “påfyll” av susceptible, dvs. Fødsler – derfor hyppigere utbrudd under “baby-boomen” etter 2. verdenskrig

10. SIR-modell med variabelt totalt antall (N) susceptiles infected X Y Døde av sykdom Naturlig døde • Ingen blir immune, alle beholder sykdom til de dør • Ligner på Lotka-Volterras predasjonsligning:Konstant fødselsrate (b) og dødsrate (d) • Spredning avhengig både av transmisjonsratenb og av kontaktratenc (som avhenger av N) aY cbXY bN N dY fødte dX Kontaktrate (c) c N

11. SIR-modell med variabelt totalt antall (N) susceptiles infected X Y Døde av sykdom Naturlig døde • Sykdommen dør ut dersom N (tetthet) er under en kritisk grense • Sykdommen vil redusere populasjonen dersom a > b-d (fødselsrate – naturlig dødsrate) • “Culling” (avskyting e.l.) kan utrydde sykdom – dersom man ikke kan plukke ut infiserte, øker d– dersom man kan plukke ut infiserte, øker a (mer effektivt) aY cbXY bN N dY fødte dX

12. Kritiske tettheter 70 % • Eksempel: brucellose hos bison – kan ikke bestå i flokker under 200 dyr 0 % 200 10000 flokkstørrelse

13. Gyro (Gyrodactylus salaris) • Skader/dreper lakseunger • Spres med voksen laks • Behandling - til nå: rotenon (dreper laksen). Ny metode: aluminium + syre (dreper kun parasitten om doseringen er riktig)

15. Koevolusjon av vert-parasitt-systemer • Eksempel: myxomatose i kaniner • Mildere linjer av viruset har blitt mer vanlig, tøffere former dør ut (tab. 15.1) • Samtidig evolveres det mer motstandsdyktige kaniner, når dette måles mot et virus av en gitt linje (Fig. 15.19) • …men kaninpopoulasjonene er fremdeles sterkt redusert pga. viruset (Fig. 15.20) • Men hvis en (kunstig) sørger for at verten ikke har genetisk variasjon og ikke kan evolvere, vil virus evolvere til å bli mer virulente over tid (Fig. 15.21) • I naturen: virus har høyest R0 ved “passe” sterk virulens (ikke bra å drepe verten for fort) • “Rød-dronning”-hypotesen • “Alice in Wonderland”: den røde dronningen må løpe så fort hun kan for å stå stille, fordi verden rundt henne løper like fort • “Våpenkappløp” mellom parasitter og verter – verten blir bedre til å unngå å tape fitness ved parasittisme, men parasittene evolverer ennå fortere. Verten må passe på å ha variabel genotype (ved seksuell reproduksjon)