Sono necessari nuovi approcci per controllare la diffusione delle malattie epidemiche, secondo gli sviluppatori di un nuovo modello del modo in cui i patogeni possono 'cooperare'.

Il loro studio ha esaminato i modi in cui due agenti patogeni lavorano insieme, scoprendo che la cooperazione tra i processi di contagio rischia di rendere più grave la diffusione delle infezioni contagiose.

Scrivendo nel Nuovo Giornale di Fisica , i ricercatori della Shaanxi Normal University in Cina, l'Istituto Robert Koch, e l'Università Humboldt, Germania, presentare un'estensione del modello tradizionale SIS (Susceptible-Infected-Susceptible) utilizzato per modellare i processi di contagio singolo.

L'autore principale, il dott. Li Chen, dalla Shaanxi Normal University, ha dichiarato:"I modelli computazionali all'avanguardia hanno avuto un notevole successo nel riprodurre i modelli osservati e nel prevedere l'andamento delle epidemie in corso".

Però, la maggior parte dei modelli epidemici si concentra sulle dinamiche di trasmissione di singoli, batteri o virus patogeni. Esistono diverse malattie infettive, però, che interagiscono direttamente o indirettamente, ad es. alterando la suscettibilità dell'ospite rispetto all'infezione con un altro agente patogeno.

Il dottor Chen ha detto:"Sistemi di co-contagio, perciò, sono ancora poco compresi. Volevamo scoprire quali caratteristiche dinamiche di base ci si potrebbe aspettare in un processo di contagio cooperativo, e la misura in cui la cooperazione cambia lo scenario classico dell'epidemia".

I ricercatori hanno sviluppato un modello della dinamica di due trasmissibili, agenti interagenti (etichettati A e B). Il modello era basato sul modello SIS, in cui gli individui ospiti sono suscettibili (S) o infetti (I). I soggetti suscettibili possono essere infettati da entrambi gli agenti. Quando infetto da A, Per esempio, possono trasmettere A ad altri suscettibili.

Gli "infetti" rimangono nello stato infettivo per un periodo tipico, dopo di che si riprendono e diventano di nuovo suscettibili. Le dinamiche di trasmissione degli agenti A e B sono regolate da numeri di riproduzione della linea di base specifici dell'agente, che descrivono le dinamiche di un agente in assenza dell'altro. Il team ha incorporato la cooperatività con due parametri aggiuntivi:i coefficienti di cooperatività A e B che catturano l'influenza di un'infezione con A sulla successiva infezione con B, e viceversa.

Hanno scoperto che la cooperatività tra i processi di contagio genera una varietà di proprietà interessanti che sono assenti nelle dinamiche del singolo agente. Per una cooperazione sufficientemente forte, aumentando il numero di riproduzione di base di uno o entrambi gli agenti prodotti bruscamente, transizioni epidemiche discontinue e multi-stabilità.

Inoltre, nuove modalità d'onda viaggianti emergono quando si inserisce il loro modello nel contesto geometrico, dove la propagazione dell'infezione si allontana o addirittura si congela, a parte il tradizionale movimento in avanti.

Il dottor Chen ha dichiarato:"Il nostro modello e i suoi risultati possono essere utilizzati per comprendere sistemi realistici come la polmonite, dove batteri come Streptococcus pneumoniae interagiscono con infezioni respiratorie virali come l'influenza, e un agente patogeno aumenta la suscettibilità verso l'altro fino a 100 volte.

"Un altro esempio importante sono le sindemie dell'HIV, dove il sistema immunitario soppresso degli ospiti aumenta notevolmente la suscettibilità alle infezioni secondarie come l'epatite, malaria, sifilide, virus dell'herpes, o tubercolosi. Nel secondo caso, le interazioni cooperative sono reciproche, poiché gli ospiti con tubercolosi si trovano anche con maggiori probabilità di contrarre l'HIV.

Lo studio suggerisce che i contagi realistici potrebbero essere molto più complessi del quadro catturato nella maggior parte dei lavori precedenti basati su una singola infezione. Di conseguenza, i ricercatori hanno affermato:"Queste nuove complessità scoperte nel nostro studio suggeriscono la necessità di nuove strategie di contenimento per combattere la diffusione dell'epidemia in circostanze più realistiche".