L'epidemiologia evolutiva , secondo un termine introdotto da Paul Ewald, consiste nell'analizzare insieme l'evoluzione e la propagazione degli agenti infettivi.
È motivato dai rapidi tassi di evoluzione di molti parassiti (virus e batteri in particolare) che causano la sovrapposizione dei tempi epidemiologici ed evolutivi. Questo approccio è legato a quello dell'ecologia evolutiva .
L' epidemiologia determina la selezione della pressione che agisce sui patogeni (es. l'uso di antibiotici selezionerà l'evoluzione della resistenza ). A sua volta, l'evoluzione dei patogeni influenza il modo in cui si diffondono (un ceppo resistente si diffonde meglio in un ambiente ricco di antibiotici).
L'evoluzione dei patogeni può modificare la loro propagazione se è adattativa o deleteria, cioè se modifica i tratti della storia di vita di un'infezione per aumentare o diminuire il valore selettivo dei patogeni.
Una delle ragioni dell'importanza dell'evoluzione dei patogeni è la resistenza ai trattamenti antinfettivi. Lo sviluppo della resistenza può essere de novo (quando un'infezione causata da un ceppo suscettibile al trattamento diventa resistente) o per trasmissione di ceppi già resistenti. In entrambi i casi, l'epidemiologia gioca un ruolo centrale. A sua volta, essere resistenti altera la capacità dei ceppi di diffondersi.
Gli studi che combinano l'epidemiologia e l'evoluzione della resistenza hanno permesso di evidenziare il ruolo della struttura spaziale. Ciò ha implicazioni per i sistemi sanitari perché, con lo stesso numero di pazienti, i grandi ospedali hanno maggiori probabilità di affrontare lo sviluppo della resistenza rispetto ai piccoli ospedali.
Storicamente, molti studi si sono concentrati sul motivo per cui le malattie infettive danneggiano i loro ospiti. Per comprendere l'evoluzione della virulenza , è necessario capire come si diffondono le malattie perché i benefici che spiegano il mantenimento della virulenza sono spesso legati all'aumento della trasmissione del parassita. Così, nel caso dell'infezione da HIV , è stato dimostrato che i ceppi più virulenti sono anche quelli più contagiosi.
L'epidemiologia dei parassiti può avere molti effetti sul decorso della virulenza. Pertanto, la struttura spaziale della popolazione ospite può favorire ceppi più o meno virulenti. Inoltre, l'uso di trattamenti può anche selezionare ceppi più virulenti, come è stato osservato nel caso dei vaccini contro il virus della malattia di Marek nei polli.
Una lunga coevoluzione dei parassiti con i loro ospiti ha permesso loro di selezionare modi per sfuggire alla risposta immunitaria dell'ospite, un fenomeno noto come " evasione immunitaria ". Diverse importanti strategie di fuga possono essere utilizzate dai parassiti:
Una strategia consiste nell'ingannare o manipolare l'immunità dell'ospite nascondendosi in un tessuto dove i globuli bianchi hanno scarso accesso o camuffarsi per sfuggire ad essi. Il parassita può talvolta manipolare anche l' antigene del complesso maggiore di istocompatibilità , cioè la molecola HLA-G (nota per essere coinvolta nella tolleranza del sistema immunitario, compresa quella materno-fetale) come nel caso dell'échinocoque
Un'altra strategia è quella di evolversi costantemente: il virus dell'influenza , attraverso un processo chiamato deriva dell'antigene, muta regolarmente un po', il che gli consente di causare nuove infezioni ogni anno in aree dove non è endemico. I test di immunogenicità vengono utilizzati per generare dati che consentono di visualizzare questa evoluzione.
L'evoluzione dei parassiti può anche essere neutra , cioè non pregiudica la loro propagazione. Gli epidemiologi possono ancora utilizzare queste informazioni per dedurre come si è diffuso il parassita. Questa combinazione di epidemiologia e approcci filogenetici è chiamata filodinamica. È particolarmente adatto per studiare le infezioni causate da virus in rapida crescita.
La capacità di un agente infettivo emergente di provocare un'epidemia è determinata dal suo tasso di riproduzione di base (indicato con R 0 ), cioè dal numero di infezioni secondarie prodotte da un individuo infetto in una popolazione di ospiti tutti suscettibili.
Un'infezione con un R 0 <1 è destinata all'estinzione in un tempo finito. Tuttavia, prima che si estingua, il parassita può causare un numero sufficiente di infezioni affinché una mutazione abbia il tempo di verificarsi, il che lo rende più adatto al suo ospite (dandogli così un R 0 > 1).
Questo processo, che implica l'evoluzione in un'emergenza, è chiamato emergenza evolutiva. È una variazione del processo chiamato salvataggio evolutivo.
Un classico esempio di tale emergenza è quello del virus chikungunya sull'isola di Reunion nel 2005-2006, dove una mutazione ha reso il virus molto adatto allo sfruttamento di un nuovo vettore , la zanzara Aedes albopictus .
Uno dei motivi per combinare epidemiologia ed evoluzione è che molto spesso le infezioni sono geneticamente diverse, vale a dire che gli ospiti sono infettati da diversi ceppi o specie di parassiti.
Le infezioni multiple hanno un effetto diretto sull'evoluzione della virulenza e della resistenza. Sono anche fonte di eventi di ricombinazione tra diversi ceppi dello stesso parassita, che possono modificare le dinamiche evolutive e complicare l'inferenza filogenetica.