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Perché i virus respiratori causano reinfezioni

Esaminando il ciclo di reinfezione da virus respiratori e le risposte del sistema immunitario.

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I virus respiratori, come l'influenza, i coronavirus e il virus respiratorio sinciziale (RSV), possono far ammalare le persone più volte nella loro vita. Questo è diverso da altri virus, tipo quelli che causano il morbillo o il vaiolo, che di solito danno un'Immunità duratura dopo un'infezione o una vaccinazione. Le ricerche mostrano che le persone possono essere reinfettate dallo stesso ceppo di influenza dopo pochi mesi o anni dalla guarigione, e schemi simili si vedono con i coronavirus e l'RSV.

Perché succede la Reinfezione

Le ragioni chiave dietro le reinfezioni con virus respiratori possono coinvolgere due fattori principali: il calo della risposta immunitaria nel tempo e i cambiamenti nei virus stessi. Col passare del tempo, l'abilità del sistema immunitario di combattere questi virus diminuisce. Inoltre, questi virus possono cambiare aspetto, rendendo più difficile per il sistema immunitario riconoscerli e combatterli.

La risposta del sistema immunitario

Dopo un'infezione, il corpo conserva una memoria del virus, che aiuta a combattere le infezioni future. Per i virus respiratori, quest'immunità non dura molto. La risposta immunitaria può diminuire rapidamente, spesso nell'arco di settimane o mesi. Quando il sistema immunitario si indebolisce, anche lo stesso virus può causare di nuovo malattia.

Al contrario, i virus che si replicano in tutto il corpo, come il morbillo, di solito non portano a reinfezioni. In questi casi, l'immunità persiste a lungo perché il virus rimane lo stesso. Questa immunità duratura è dovuta a diversi fattori, incluso la stabilità della struttura del virus, che aiuta il sistema immunitario a riconoscerlo e ricordarlo.

Il ruolo degli Antigeni e dell'immunità

I virus hanno alcune caratteristiche chiamate antigeni che attivano la risposta immunitaria. Cambiamenti in questi antigeni possono facilitare al virus di sfuggire al sistema immunitario. Quando i virus respiratori cambiano i loro antigeni, ciò è spesso legato alla loro capacità di causare reinfezioni. Questi virus evolvono continuamente, portando a nuove versioni che il sistema immunitario potrebbe non riconoscere.

I ricercatori hanno suggerito che ci sono due processi principali in gioco. Prima di tutto, quando la risposta immunitaria di una persona diminuisce (immunità in calo), diventa più suscettibile al virus. Secondo, il virus può cambiare in modi che gli permettono di sfuggire alla rilevazione da parte del sistema immunitario. Entrambi i fattori contribuiscono alla possibilità di ammalarsi di nuovo.

Due tipi di cambiamenti immunitari

Per semplificare come funzionano l'immunità e i cambiamenti virali, possiamo pensare a due principali tipi di cambiamenti nella risposta immunitaria. Il primo tipo è quando il sistema immunitario diventa meno efficace nel tempo. Il secondo tipo riguarda il virus che cambia in modi che gli permettono di infettare le persone che hanno avuto infezioni in precedenza.

Man mano che l'immunità svanisce, si crea una situazione in cui alcune persone hanno ancora una protezione parziale contro il virus. Queste persone possono sostenere la capacità del virus di cambiare ed evolversi. Questa evoluzione può portare a nuovi ceppi che potrebbero diffondersi più facilmente nelle popolazioni con livelli di immunità variabili.

L'importanza dell'immunità dell'ospite

Lo stato immunitario degli individui nella popolazione è fondamentale. Affinché una nuova versione di un virus si diffonda, devono esserci abbastanza persone con immunità indebolita. Se l'immunità svanisce al ritmo giusto, si crea un ambiente in cui i nuovi ceppi virali possono prosperare. La pressione evolutiva da parte di ospiti parzialmente immuni consente piccole modifiche nel virus che possono portare a nuove forme che potrebbero essere in grado di diffondersi.

Comprendere la dinamica della diffusione del virus

La diffusione dei virus respiratori può essere vista attraverso un modello che descrive come cambia l'immunità nel tempo. Dopo che una persona si ammala, la sua immunità inizia forte ma diminuisce col passare del tempo. Le persone che si sono recentemente riprese di solito hanno una forte immunità, mentre quelle infettate un po' di tempo fa hanno un'immunità più debole. Questa dinamica porta a una vulnerabilità variabile alle infezioni a seconda di quanto tempo è passato dall'ultima infezione.

Quando appare una nuova variante virale, gli individui con immunità debole o parziale potrebbero avere maggiori probabilità di essere infettati. All'interno di gruppi in cui molte persone hanno un'immunità parziale, i nuovi tipi di virus possono prosperare perché possono eludere la memoria del sistema immunitario dalle infezioni precedenti.

Il ruolo delle Mutazioni

I virus sono noti per mutare, il che significa che possono cambiare le loro strutture antigeniche. Alcune mutazioni possono aiutare il virus a evitare la rilevazione da parte del sistema immunitario. Il grado di queste mutazioni e la frequenza con cui si verificano possono influenzare quanto facilmente un virus si diffonde.

Ad esempio, alcuni virus possono permettere più mutazioni senza perdere la loro capacità di replicarsi efficacemente. Se un virus può cambiare abbastanza da sfuggire alla risposta immunitaria ma continua a replicarsi bene, ha una migliore possibilità di diffondersi attraverso una popolazione.

Inoltre, la forza e la portata della risposta immunitaria possono anche influenzare quanto bene un virus può sfuggire all'immunità. Una risposta immunitaria ristretta può consentire al virus di evolversi più facilmente, mentre una risposta immunitaria ampia rende più difficile per il virus cambiare senza perdere la sua capacità di infettare.

Considerare l'immunità duratura

A differenza dei virus respiratori, alcuni virus inducono un'immunità duratura. Ad esempio, dopo un'infezione con virus come il morbillo, la risposta immunitaria rimane forte per tutta la vita. Questo perché il sistema immunitario mantiene la capacità di riconoscere e combattere questi virus per molti anni, prevenendo reinfezioni.

Questa differenza nella durata della risposta immunitaria è un fattore significativo nella capacità dei virus respiratori di causare infezioni ripetute. Quando l'immunità è di breve durata, i virus possono sfruttare questa debolezza per continuare a infettare le persone per tutta la vita.

Implicazioni per la salute

Capire come i virus respiratori interagiscono con il sistema immunitario è essenziale per la salute pubblica. Può aiutare a guidare gli sforzi di vaccinazione e determinare le migliori strategie per controllare le epidemie. Ad esempio, se l'immunità svanisce rapidamente, potrebbero essere necessarie dosi di richiamo per mantenere la protezione nella popolazione.

I programmi di vaccinazione devono considerare i modelli di reinfezione e come il sistema immunitario risponde ai virus respiratori. Fornendo vaccini aggiornati che tengano conto dei cambiamenti virali, potrebbe essere possibile ridurre l'impatto di questi virus sulla salute pubblica.

Direzioni future nella ricerca

La ricerca in questo campo è in corso e gli scienziati stanno esplorando le relazioni tra immunità, evoluzione virale e schemi di infezione. Maggiori approfondimenti potrebbero portare a una migliore comprensione e gestione delle infezioni causate da virus respiratori.

I futuri studi potrebbero concentrarsi sul misurare come l'immunità diminuisce nel tempo, comprendere le mutazioni virali e valutare come questi fattori contribuiscono ai modelli complessivi di replicazione e diffusione. Questi approfondimenti potrebbero essere fondamentali per sviluppare nuove strategie per combattere questi virus e prevenire future epidemie.

Conclusione

I virus respiratori rappresentano una sfida unica per l'immunità, poiché possono causare infezioni ripetute a causa del calo delle risposte immunitarie e dei cambiamenti virali in corso. Comprendere questi meccanismi è essenziale per sviluppare interventi efficaci di salute pubblica e strategie di vaccinazione. Man mano che la ricerca continua, la nostra comprensione di queste interazioni complesse migliorerà, portando a migliori risultati di salute per individui e comunità.

Fonte originale

Titolo: Waning immunity drives respiratory virus evolution and reinfection

Estratto: Reinfections with respiratory viruses such as influenza viruses and coronaviruses are thought to be driven by ongoing antigenic immune escape in the viral population. However, this does not explain why antigenic variation is frequently observed in these viruses relative to viruses such as measles that undergo systemic replication. Here, we suggest that the rapid rate of waning immunity in the respiratory tract is the key driver of antigenic evolution in respiratory viruses. Waning immunity results in hosts with immunity levels that protect against homologous reinfection but are insufficient to protect against infection with a heterologous, antigenically different strain. As such, when partially immune hosts are present at a high enough density, an immune escape variant can invade the viral population even though that variant cannot infect fully immune hosts. Invasion can occur even when the variants immune escape mutation incurs a fitness cost, and we expect the expanding mutant population will evolve compensatory mutations that mitigate this cost. Thus the mutant lineage should replace the wild-type, and as immunity to it builds, the process will repeat. Our model provides a new explanation for the pattern of successive emergence and replacement of antigenic variants that has been observed in many respiratory viruses. We discuss our model relative to others for understanding the drivers of antigenic evolution in these and other respiratory viruses.

Autori: Rustom Antia, J. J. Bull, K. Koelle

Ultimo aggiornamento: 2024-07-24 00:00:00

Lingua: English

URL di origine: https://www.biorxiv.org/content/10.1101/2024.07.23.604867

Fonte PDF: https://www.biorxiv.org/content/10.1101/2024.07.23.604867.full.pdf

Licenza: https://creativecommons.org/licenses/by-nc/4.0/

Modifiche: Questa sintesi è stata creata con l'assistenza di AI e potrebbe presentare delle imprecisioni. Per informazioni accurate, consultare i documenti originali collegati qui.

Si ringrazia biorxiv per l'utilizzo della sua interoperabilità ad accesso aperto.

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