La evolución de los patógenos ha suscitado un creciente interés en diversas disciplinas científicas como la epidemiología, la demografía y la ecología evolutiva. Este estudio resulta particularmente relevante en el contexto de patógenos de rápida evolución, como el SARS-CoV-2, que ha tenido un impacto global desde su aparición en 2019. Aunque la teoría evolutiva clásica sugiere que la virulencia de los patógenos evoluciona para maximizar su tasa de reproducción, la mayoría de los modelos actuales asumen poblaciones de huéspedes homogéneas, ignorando la heterogeneidad ambiental que se observa en la naturaleza.
Las poblaciones de huéspedes, en la realidad, suelen ser metapoblaciones interconectadas que experimentan diferentes condiciones locales. Esto se traduce en estructuras de «fuente-sumidero», donde algunas poblaciones generan un flujo neto de individuos infectados hacia otras poblaciones que los reciben. Para abordar este vacío en la literatura, un grupo de investigadores ha desarrollado un modelo metapoblacional evo-eco-epidemiológico que examina cómo la heterogeneidad en los entornos locales y las redes de movimiento influyen en la evolución de la virulencia y la infectividad de los patógenos. Este trabajo ha sido publicado en la revista Proceedings of the National Academy of Sciences.
Virulencia aumentada en poblaciones heterogéneas
Los análisis realizados indican que la virulencia de los patógenos tiende a aumentar en metapoblaciones con condiciones locales heterogéneas. Incluso con variaciones modestas del 10% en las tasas de movimiento de los huéspedes, las tasas de natalidad, las capacidades de carga o las tasas de pérdida de inmunidad, la virulencia evolucionada es, en promedio, un 20% más alta, alcanzando hasta un 40% en comparación con metapoblaciones homogéneas.
La razón detrás de este fenómeno radica en que la heterogeneidad crea variaciones en la disponibilidad de huéspedes no infectados, los cuales son recursos esenciales para los patógenos en su intento por infectar nuevos individuos. En poblaciones locales con una mayor capacidad de carga, la densidad de huéspedes es más elevada, favoreciendo la aparición de patógenos más agresivos que causan síntomas más severos y son más infecciosos.
Por el contrario, en poblaciones con una menor capacidad de carga, la densidad de huéspedes se reduce, limitando la disponibilidad de individuos no infectados. En estas condiciones, se favorecen evolutivamente patógenos menos virulentos, que pueden persistir mejor en entornos con escasez de recursos.
Sin embargo, estas tendencias evolutivas opuestas no se equilibran en la evolución de los patógenos a escala de metapoblación. Los patógenos en poblaciones ricas en recursos generan más infecciones y contribuyen de manera más significativa al acervo genético de la metapoblación, lo que les otorga una mayor importancia evolutiva. Esto resulta en un sesgo evolutivo hacia una mayor virulencia, ya que la selección de patógenos agresivos supera a la de los más benignos.
Este estudio sienta las bases para una mejor comprensión de la evolución de los patógenos en metapoblaciones heterogéneas. Además, abre la puerta a futuras investigaciones que podrían abarcar poblaciones de huéspedes estructuradas espacialmente, intervenciones de salud pública distribuidas y diversos modos de transmisión de patógenos, incluidas las zoonosis y las infecciones transmitidas por vectores.
Más información:
Masato Sato et al, Metapopulation heterogeneities in host mobility, productivity, and immunocompetency always increase virulence and infectiousness, Proceedings of the National Academy of Sciences (2024). DOI: 10.1073/pnas.2309272121
