Yliopiston etusivulle Suomeksi På svenska In English Helsingin yliopisto

Ekologiset vuorovaikutukset opportunistisen taudinaiheuttajan virulenssin evoluutiossa ja tautidynamiikassa

Show simple item record

dc.contributor Helsingin yliopisto, Bio- ja Ympäristötieteellinen tiedekunta, Biotieteiden laitos fi
dc.contributor.author Merikanto, Ilona
dc.date.accessioned 2012-04-24T12:44:02Z
dc.date.available 2012-04-24T12:44:02Z
dc.date.issued 2012-04-24
dc.identifier.uri http://hdl.handle.net/10138/32925
dc.description.abstract Monet taudinaiheuttajat kykenevät selviytymään ja lisääntymään isännän ulkopuolisessa ympäristössä esimerkiksi saprotrofismin avulla. Tällaisia taudinaiheuttajia kutsutaan opportunistiksi erotuksena obligatorisista taudinaiheuttajista, jotka eivät vuorovaikuta tai lisäänny isännän ulkopuolisessa ympäristössä. Opportunistiset taudinaiheuttajat altistuvat isännän ulkopuolisessa ympäristössä voimakkaille valintapaineille, esimerkiksi kilpaillessaan samoista resursseista muiden mikrobien kanssa. Ekologiset vuorovaikutukset isännän ulkopuolella voivat siten vaikuttaa opportunististen taudinaiheuttajien tautidynamiikkaan ja virulenssin evoluutioon. Kattavaa teoreettista mallia, joka huomioisi sekä opportunistisen lisääntymisen että isännän ulkopuoliset ekologiset vuorovaikutukset ei ole aiemmin kehitetty. Kuitenkin tällaisen mallin kehittäminen on oleellista, jotta opportunististen tautien syntyä voidaan ehkäistä ja dynamiikkaa ennakoida. Tässä työssä kehitettiin opportunistinen tautimalli, joka huomioi sekä taudinaiheuttajan isännän ulkopuolisen kasvun että taudinaiheuttajaa voimakkaamman kilpailevan kannan vaikutuksen isännän ulkopuoliseen kasvuun. Mallin differentiaaliyhtälöt kuvaavat alttiiden ja tartunnan saaneiden isäntien, taudinaiheuttajan ja sen kanssa isännän ulkopuolella kilpailevan tautia aiheuttamattoman kannan tiheysmuutoksia ajassa. Uuden opportunistisen taudinaiheuttajan virulenssin evoluutiota eli taudinaiheuttajan kykyä runsastua alhaisesta tiheydestä tautia aiheuttamattoman kilpailijan läsnä ollessa mallinnettiin erilaisissa olosuhteissa. Opportunistista tautidynamiikkaa sen sijaan mallinnettiin olosuhteissa, jossa tautia aiheuttamattoman kannan läsnäoloa manipuloitiin. Mallin vakautta tutkittiin analyyttisesti ratkaisemalla tasapainotilat systeemille, jossa tautia aiheuttamaton kanta ei ollut läsnä, sekä numeerisin analyysein tilanteessa jossa tautia aiheuttamaton kanta oli läsnä. Lisääntyminen isännissä mahdollistaa uuden opportunistisen taudinaiheuttajan runsastumisen olosuhteissa, joissa kilpailu on riittävän heikkoa, siten että isännästä riippumaton kasvu voi kompensoida opportunistisen taudinaiheuttajan heikomman kilpailukyvyn. Isännän ulkopuolinen lisääntyminen ja kilpailu tuottavat perinteisistä obligatorisen taudinaiheuttajan SI-malleista eroavan tautidynamiikan. Isäntien ulkopuolisen kasvun tiheysriippuvaisuus voi vakauttaa isäntä-loissysteemin isännän ulkopuolisen kilpailun puuttuessa. Lajien välisen kilpailun läsnä ollessa tautia aiheuttamattoman kannan kilpailuetu sen sijaan lisää tautidynamiikan epävakautta ja ehkäisee alttiiden isäntien sukupuuttoa. Isäntien ulkopuolinen kasvu mahdollistaa myös opportunistisen taudinaiheuttajan säilymisen ympäristössä alttiiden isäntien puuttuessa ja toimii siten mahdollisena mekanismina tautien puhkeamiselle olosuhteiden muuttuessa. Kilpailun lisääminen isännän ulkopuolella taudinaiheuttajan kustannuksella voi kuitenkin toimia epidemioita potentiaalisesti ehkäisevänä keinona. Mallia voidaan soveltaa mm. biologisessa kontrollissa, jossa opportunistinen taudinaiheuttaja pyritään poistamaan luontaisesti heikentämällä sen selviytymistä isännän ulkopuolisessa ympäristössä kilpailu-olosuhteessa. Tällainen biologinen kontrolli voisi olla mahdollista esimerkiksi kalankasvatuslaitoksissa esiintyvän saprotrofisen Flavobacterium columnare – kalapatogeenin kohdalla. fi
dc.description.abstract Many pathogens are able to survive and reproduce in the environment outside of host for instance by saprotrophic lifestyle. These kinds of pathogens are called opportunistic as compared to obligatory pathogens that cannot interact or reproduce in the environment outside of host. Opportunistic pathogens are subject to strong selection forces in the environment outside of host for instance while they compete for resources they share with other microbes. Ecological interactions in the environment outside of host can therefore influence on the disease dynamics and evolution of virulence of an opportunistic pathogen. No proper theoretical model that would acknowledge opportunistic reproduction and ecological interactions in the environment out side of host has been developed before. Yet it is essential to develop this kind of theoretical model so that the development and dynamics of opportunistic diseases could be predicted and prevented. In this work, an opportunistic disease model was developed that considers both the opportunistic reproduction and the influence of a superior competitor as compared to pathogenic strain on pathogen growth in the environment outside of host. Differential equations in the model represent the density changes in time in the populations of susceptible and infected host, pathogen and rival strain outside host that is not pathogenic. Evolution of virulence of the new opportunistic pathogen meaning the ability to grow from low density in presence of superior competing strain was modeled in differing circumstances. Opportunistic disease dynamics was modeled in differing circumstances, when non-pathogenic competing strain was either present or absent. Equilibrium equations were solvable to a system, where non-pathogenic competing strain was absent, but to a system where non-pathogenic competing strain was present. Analyses of the model were performed with Math Works MATLAB – program. Reproducing inside host gives an opportunity for new opportunistic pathogen to increase in density under circumstances where competition is moderate enough so that the reproduction in the environment outside host may compensate opportunistic pathogen’s weaker ability to compete. Reproduction and competition in the environment outside host produce disease dynamics that differ from more traditional SI-models. Density dependence of the reproduction in the environment outside host stabilizes host-parasite system in the absence of competition in the environment outside host. Instead, in the presence of competition the competitive advantage of the non-pathogen strain destabilizes disease dynamics and prevents extinction of the susceptible host. Reproduction in the environment outside host also enables opportunistic pathogen to remain in the environment in the absence of susceptible hosts and functions thus as a potential mechanism for disease out breaks when circumstances change. However, increasing competition in the environment outside host at the expense of opportunistic pathogen may potentially prevent epidemics. Among other things, the model could be applied to biological control with the intension of removing an opportunistic pathogen naturally by weakening its survival in the environment out side of host in a competiotion situation. This kind of biological control could for example be possible in the case of saprotrophic Flavobacterium columnare –fish pathogen that is found in fish farms. fi
dc.language.iso fi fi
dc.subject opinnäytteet fi
dc.subject pro gradu-tutkielmat fi
dc.subject isäntä-lois-suhde
dc.subject kilpailu opportunistinen taudinaiheuttaja
dc.subject virulenssin evoluutio
dc.subject competition
dc.subject evolution of virulence
dc.subject host-parasite relationship
dc.subject opportunistic pathogen
dc.title Ekologiset vuorovaikutukset opportunistisen taudinaiheuttajan virulenssin evoluutiossa ja tautidynamiikassa fi
dc.title.alternative Ecological interactions in the evolution of virulence and in disease dynamics among opportunistic pathogens fi
dc.type.ontasot Pro gradu -työ fi
dc.subject.discipline Ekologia ja evoluutiobiologia fi

Files in this item

Files Description Size Format View/Open
ilona_merikanto.pdf 25.66Mb PDF View/Open
This item appears in the following Collection(s)

Show simple item record

Search Helda


Advanced Search

Browse

My Account