最適な毒性

最適毒性は、宿主と寄生虫の生態学に関連する概念です。毒性の定義の 1 つは、寄生虫によって引き起こされる宿主の適応度の損失です。寄生虫の適応度は、子孫を他の宿主に伝えることに成功したかどうかによって決まります。約 100 年間、毒性は低下し、寄生関係は共生に向かって進化したというのがコンセンサスでした。これは仮説であり、理論でさえなかったにもかかわらず、毒性低下の法則とさえ呼ばれていました。1980 年代から疑問視され、反証されています。^{[1] [2]}

抑制されすぎた病原体は、より多くの宿主資源を自身の繁殖に回す、より攻撃的な株との競争で負けるでしょう。しかし、ある意味では寄生虫の資源と生息地である宿主は、この高い毒性に苦しむことになります。これは宿主の死を早め、別の宿主に遭遇する確率を減らすことで寄生虫の適応度に反する作用を及ぼす可能性があります (感染できないほど速く宿主を殺してしまう)。したがって、寄生虫に「自己制限」毒性を与える自然の力が存在します。つまり、寄生虫の適応度が最も高い毒性の平衡点が存在するという考えです。毒性軸上で毒性がより高いかより低い方向に動くと、寄生虫の適応度は低下し、淘汰されることになります。

ポール・W・エワルドは、 毒性と感染様式の関係を調査した。彼は、コレラやデング熱などの水系および媒介動物媒介感染症では毒性が特に高い傾向にあるという結論に達した。コレラは下水を介して、デング熱は蚊を介して広がる。呼吸器感染症の場合、病原体が生き残るためには移動可能な宿主が必要である。病原体は、新しい宿主を見つけるまで宿主を長く生き延びさせなければならない。水系または媒介動物媒介感染では、移動可能な宿主の必要性を回避する。エワルドは、野戦病院の混雑と塹壕戦が、 1918年のインフルエンザの大流行の毒性を進化させた容易な感染経路を提供したと確信している。そのような動けない混雑した状況では、病原体は人を重症化させ、それでも健康な人に感染する可能性がある。

他の疫学者は、毒性のコストと利点のトレードオフという考えを拡張しました。1 つの要因は、潜在的な宿主間の時間または距離です。飛行機での移動、混雑した工場式農場、都市化はすべて、毒性の原因として考えられています。もう 1 つの要因は、単一の宿主で複数の感染が存在することで、病原体間の競争が激化することです。このシナリオでは、宿主は最も毒性の強い株に抵抗できる限り生き残ることができます。低毒性戦略の利点は無意味になります。複数の感染は病原体間の遺伝子交換をもたらし、致命的な組み合わせの可能性を高めます。

病原体がなぜ進化するのかについては、3 つの主な仮説があります。これら 3 つのモデルは、寄生虫の繁殖、宿主内での移動、毒性など、生活史戦略を説明するのに役立ちます。3 つの仮説は、トレードオフ仮説、近視眼的進化仮説、偶然の進化仮説です。これらはすべて、病原体の毒性に対する 究極の説明を提供します。

かつて、一部の生物学者は、宿主の死（または重度の障害）は最終的に内部に生息する病原体に有害であるため、病原体は毒性がますます低下する方向に進化する傾向があると主張しました。たとえば、宿主が死ぬと、内部の病原体集団は完全に死滅する可能性があります。したがって、宿主が動き回り、他の宿主と相互作用できる毒性の低い病原体の方が、繁殖と拡散に成功する可能性が高いと考えられていました。

しかし、必ずしもそうとは限りません。宿主を殺す病原菌株は、病原菌が新しい宿主に感染できる限り、宿主が死ぬ前でも死んだ後でも毒性が増す可能性があります。病原菌の毒性の進化は、病原菌に対する毒性のコストと利点のバランスです。たとえば、げっ歯類^[3]と鶏^[4]モデルを使用したマラリア原虫の研究では、感染の成功と宿主の死亡率で定義される毒性の間にトレードオフがあることがわかりました。

近視眼的な進化論によれば、病原体集団内では、繁殖率と新しい宿主への伝染を高める特性が高頻度に上昇する。これらの特性には、より早く繁殖する、より速く繁殖する、より多く繁殖する、より長く生きる、抗体に対して生き残る、または病原体が通常は侵入しない体の部分で生き残る能力が含まれる。これらの特性は通常、突然変異によって生じるが、病原体の世代時間が短く数が多いため、宿主集団よりも病原体集団でより頻繁に発生する。わずか数世代後には、急速な繁殖または拡散を促進する突然変異の頻度が増加する。病原体の繁殖と拡散を促進する同じ突然変異が宿主内での病原性の強さも高め、多くの害（病気や死）を引き起こす。病原体の毒性が宿主を殺し、新しい宿主への自身の伝染を妨げる場合、毒性は淘汰される。しかし、毒性にもかかわらず伝染が続く限り、毒性のある病原体が有利になる。たとえば、宿主がどんなに病気であっても、ある宿主から次の宿主への感染が起こりやすい家族内では、毒性が増すことが多い。同様に、難民キャンプのような混雑した環境では、新しい宿主が感染の可能性から逃れられないため、毒性は時間とともに増す傾向がある。

病原性毒性のいくつかの形態は、宿主と共進化しません。たとえば、破傷風は土壌細菌の破傷風菌によって引き起こされます。破傷風菌が人間の傷口に入ると、人体はその通常の生息地ではないにもかかわらず、細菌は急速に増殖し、分裂する可能性があります。分裂中に、破傷風菌は人間にとって致命的な神経毒を生成します。しかし、この毒素を生成するのは、土壌における細菌の通常のライフサイクルにおける選択であり、ヒト宿主との進化によるものではありません。細菌が土壌ではなく人間の体内に存在するのは、単なる偶然です。神経毒はヒト宿主に向けられたものではないと言えます。

より一般的には、多くの病原体のヒトに対する毒性は、それ自体が選択の対象ではなく、むしろ拮抗的多面発現の場合のように、他の形質に作用する選択の偶発的な副産物である可能性がある。

病原体が新しい環境、宿主、または組織に侵入すると、毒性の可能性があります。新しい宿主は、免疫防御がまだ構築されていないか、偶然に脆弱性があるため、侵入者にうまく適応できない可能性があります。変化の時期には、自然選択によって、創始株よりも新しい宿主をより効果的に利用する突然変異が優先され、毒性が爆発する機会が生まれます。

宿主の感受性は毒性に寄与します。伝染が一度起こると、病原体は感染を継続するために感染を確立しなければなりません。宿主の免疫システムが有能であればあるほど、寄生虫が生き残る可能性は低くなります。適度に脆弱な宿主を見つけるには、複数回の伝染イベントが必要になる場合があります。この間、侵入者は現在の宿主の生存に依存しています。毒性が強くなるための最適な条件は、免疫機能不全（および/または衛生状態が悪い）があり、他のすべての点で可能な限り健康的（最適な栄養など）であるコミュニティです。

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