Een nieuw wiskundig model ontwikkeld aan de Universiteit van Californië, Davis, zou kunnen verklaren waarom sommige bacteriën ziekten kunnen veroorzaken, zoals door voedsel overgedragen ziekten, zelfs in kleine doses, terwijl andere onschadelijk zijn.

Het model suggereert dat ziekteverwekkers – organismen die ziekten veroorzaken – met kleine genomen niet hoeven te evolueren om ziekten te veroorzaken in vergelijking met hun commensale, niet-pathogene tegenhangers met grote genomen.

Het model, gepubliceerd in het tijdschrift eLife, is gebaseerd op het idee dat de evolutie van virulentie, of de ernst van een pathogene infectie, een vorm van weddenschapsafdekking is:een strategie die wordt gebruikt om risico's te verminderen en de fitheid in onvoorspelbare omgevingen te maximaliseren.

Wanneer ziekteverwekkers gastheren tegenkomen die immuun zijn voor infecties, verminderen ze ofwel hun virulentie om de immuunrespons te vermijden (een kostbare gok), ofwel behouden ze een hoge virulentie, zelfs met het risico gedood te worden (een goedkope gok).

Het wiskundige model van de onderzoekers laat zien dat ziekteverwekkers met kleinere genomen minder virulentiereductie kunnen 'tolereren' naarmate de ziekteverwekkerpopulatie groeit, waardoor hogere algemene virulentieniveaus ontstaan. De reden is dat de mutatiesnelheid voor een klein genoom sneller is, waardoor de ziekteverwekkerpopulatie zich sneller kan aanpassen.

Het model laat ook zien dat ziekteverwekkers met kleine genomen onder een breed scala aan omstandigheden een hogere virulentie kunnen behouden dan ziekteverwekkers met grote genomen, wat betekent dat de kans groter is dat ze ziekten veroorzaken, zelfs in kleine doses.

"Ons model suggereert dat bacteriële ziekteverwekkers met kleine genomen doorgaans virulenter zijn, niet zozeer vanwege een speciaal mechanisme dat hen in staat stelt meer schade aan te richten, maar eerder als gevolg van hun snellere evolutie", zegt hoofdauteur Ryan Giordano. UC Davis postdoctoraal onderzoeker in evolutie en ecologie.

De onderzoekers waarschuwen dat, hoewel het model een nuttig hulpmiddel is voor het bestuderen van de evolutie van de virulentie bij bacteriën, er meer biologische gegevens en experimenteel bewijs nodig zijn om gevalideerd te worden.

"Een beter fundamenteel begrip van dit fenomeen zou ons kunnen helpen nieuwe en verbeterde antibacteriële behandelingen te ontwerpen en te helpen voorspellen welke bacteriën een grotere kans hebben om ziekten te veroorzaken", zegt Jonathan Eisen, senior auteur van de studie, hoogleraar evolutie en ecologie aan de UC Davis. lid van het One Health Instituut.