Impacts of inter-individual heterogeneity of epidemic parameters on disease spread and ecosystems

2021 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 19H03309
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 45040:Ecology and environment-related
• Research Institution: Ryukoku University
• Principal Investigator: Miki Takeshi 龍谷大学, 先端理工学部, 教授 (00815508)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 鏡味 麻衣子 横浜国立大学, 大学院環境情報研究院, 教授 (20449250) ; 松井 一彰 近畿大学, 理工学部, 教授 (40435532)
• Project Period (FY): 2019-04-01 – 2022-03-31
• Keywords: ツボカビ / 生態系内感染症 / 理論疫学 / 数理モデル

Outline of Final Research Achievements

We demonstrated three features of individual-level heterogeneity in phytoplankton-fungal (chytrid) interactions through combining incubation experiments, timelapse observation, and mathematical modeling. 1. Individual-level heterogeneity of the number of infections per host cell emerges from non-random interactions (i.e., local density-dependent interactions) between host cells and chytrid zoospores. 2. The existing infections on each host cell enhances subsequential infections, and the total number of newly-produced fungal zoospores increased with the number of infections. 3. The non-random interactions between host cells and chytrid zoospores make the population dynamics bistable at equilibria and results in the long-term latent period and sudden increases in infections under transient conditions.

Free Research Field

生態学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

動物や人間に関する感染症においては、スーパースプレッダーの存在など宿主の個体間差異が流行拡大のカギである。しかし、細菌に感染するウイルスや植物プランクトンに寄生するツボカビなど、生態系内での影響が大きい「生態系内感染症」については、個体群内の平均的特性を用いた研究しか進められていなかった。本研究で明らかとなった個体群差異の存在とその機構は、生態系内での感染症・寄生者の役割の理解の深化に貢献する。特に流行拡大の初期において検出可能なレベルまで感染率が上がるまでの期間が個体間差異の存在によって非常に長くなるという発見は、有用藻類の野外培養における感染症リスク管理の面でも意義が大きい。