La propagation silencieuse du COVID-19: des chercheurs de Princeton explorent comment la transmission sans symptômes aide les agents pathogènes à prospérer

« La propagation silencieuse du COVID-19: des chercheurs de Princeton explorent comment la transmission sans symptômes aide les agents pathogènes à prospérer », source communiqué du 12 mai de Princeton University.

La propagation rapide de COVID-19 dans le monde a été alimentée en partie par la capacité du virus à être transmis par des personnes qui ne présentent pas de symptômes d'infection.

Désormais, une étude menée par des chercheurs de Princeton a révélé que cette phase silencieuse de transmission peut être une stratégie évolutive réussie pour des agents pathogènes tels que des virus comme celui qui cause le COVID-19. L'étude a été publiée le 8 mai dans la revue Proceedings of the National Academy of Sciences, «Dynamics in a simple evolutionary-epidemiological model for the evolution of an initial asymptomatic infection stage».

L’étude a examiné les avantages et les inconvénients d’une transmission silencieuse sur la survie à long terme du pathogène. La transmission sans symptômes permet-elle à l'agent pathogène d'infecter un plus grand nombre de personnes? Ou l’absence de symptômes finit-elle par réduire la transmission et réduire la survie à long terme du pathogène?

La réponse pourrait éclairer la façon dont les experts en santé publique planifient les mesures de contrôle telles que les quarantaines, les tests et le traçage des contacts.

« Une étape asymptomatique pour diverses raisons pourrait apporter certains avantages au pathogène », ont dit Bryan Grenfell, Kathryn Briger de Princeton et Sarah Fenton professeur d’Ecology and Evolutionary Biology et affaires publiques à la Woodrow Wilson School. « Avec la crise du COVID-19, l'importance de cette phase asymptomatique est devenue extrêmement pertinente. »

Comme les organismes plus complexes, les virus peuvent évoluer par sélection naturelle. De nouveaux variants sont générées par mutation et si ces changements favorisent la transmission des agents pathogènes, alors cette souche du virus se propagera.

Les espèces dont les stratégies contribuent à leur succès survivront, tandis que les espèces dont les stratégies ne favorisent pas la transmission - comme tuer l'hôte avant que le virus ne puisse transmettre à de nouveaux individus sensibles - finiront par disparaître.

« L'évolution virale implique un compromis entre l'augmentation du taux de transmission et le maintien de l'hôte comme base de transmission », a déclaré Simon Levin, professeur émérite en écologie et biologie évolutive à l'Université S. James McDonnell de Princeton. « Les espèces qui maîtrisent ce compromis plus efficacement que d'autres vont supplanter ces autres dans la population. »

Levin a déclaré qu'il est utile de penser à la maladie du point de vue d'un jeu entre l'agent pathogène et l'hôte. « Ce sont des interactions hôte-parasite », a dit Levin, « et y penser dans une perspective évolutive est quelque chose qui nous intéresse, avec de nombreux autres scientifiques, depuis longtemps. »

Comme le montre la pandémie de COVID-19, une infection silencieuse présente certains avantages à court terme. Cela rend les stratégies de contrôle - telles que l'identification, la quarantaine et le suivi des contacts - difficiles à mettre en œuvre. Les personnes infectieuses qui ne présentent pas de symptômes ont tendance à vivre leur vie, en contact avec de nombreuses personnes sensibles. En revanche, une personne qui développe de la fièvre et de la toux peut être plus susceptible de s'auto-isoler, par exemple en restant à la maison.

Cependant, il y a aussi des inconvénients: les personnes asymptomatiques peuvent générer moins de particules infectieuses et donc moins échapperont à la personne infectée, par exemple lors d’un éternuement violent ou une toux violente. La transmission globale pourrait être réduite au fil du temps.

Les chercheurs ont utilisé la modélisation des maladies pour explorer les compromis entre ces scénarios.

Ils ont entrepris l'étude bien avant l'éclatement du nouveau coronavirus. En fait, l'étudiant diplômé Chadi Saad-Roy a commencé l'étude en mai 2019, initialement pour examiner la grippe, qui présente également une infection asymptomatique importante.

« Je me suis demandé pourquoi la grippe asymptomatique se produirait dans l'évolution », a dit Saad-Roy, « et donc en tant qu'équipe, nous avons formulé un modèle simple pour essayer de comprendre pourquoi l'évolution favoriserait un tel comportement. »

Pour mener la recherche, Saad-Roy a travaillé avec Grenfell, Levin et Ned Wingreen, professeur en sciences de la vie et professeur de biologie moléculaire et le Lewis-Sigler Institute for Integrative Genomics.

Les agents pathogènes peuvent présenter une variété de comportements qui contribuent à leur propagation.

Certains virus, comme le VIH, se propagent avant que les symptômes ne soient identifiés. D'autres virus se transmettent au moment où les symptômes apparaissent.

Par exemple, le virus désormais éradiqué qui a causé la variole avait tendance à générer des symptômes importants au moment où la transmission a commencé.

La plupart des agents pathogènes utilisent probablement une combinaison de stratégies silencieuses et symptomatiques.

Pour étudier l'effet de la transmission sans symptômes, l'équipe a apporté des modifications à un modèle mathématique standard de la façon dont une maladie se propage à travers une population. Le modèle décompose la population en compartiments représentant des individus sensibles, infectés et rétablis.

Dans la version du modèle de l'équipe, les chercheurs ont en outre divisé le compartiment «infecté» en deux stades. Au premier stade infecté, les chercheurs pourraient faire varier le niveau des symptômes afin que certaines personnes ne présentent aucun symptôme, d'autres présentent certains symptômes et d'autres présentent des symptômes importants. Au deuxième stade infecté, les individus sont pleinement symptomatiques. L'équipe s'est concentrée non pas seulement sur l'effet de la variation des symptômes sur la propagation de la maladie, mais aussi sur les conséquences évolutives de la manifestation de niveaux variables de symptômes au premier stade.

L'équipe a découvert que des stratégies efficaces ont émergé lorsque le premier stade de l'infection était complètement asymptomatique, pleinement symptomatique et quelque part entre les deux. Ils ont également constaté que la gamme des symptômes, de l'absence de symptômes aux symptômes maximaux, pouvait être modifiée par de petits changements dans les stratégies de contrôle de la maladie.

L'implication de cette dernière partie de l'analyse est que les stratégies de contrôle des maladies pourraient, sur de longues périodes, influencer la stratégie déployée par un pathogène, et ainsi avoir des impacts sur le cours d'une épidémie.

Saad-Roy a également constaté que le modèle permet d'expliquer de nombreux modèles épidémiologiques utilisés pour comprendre les maladies. « C’est un cadre général pour expliquer un plus large éventail de modèles épidémiologiques », a-t-il dit.

Il a dit qu'il n'était pas surpris que le virus qui cause COVID-19 utilise une propagation asymptomatique. « Sur la base de notre modèle », a-t-il dit, « c'est un point final évolutif naturel pour certaines maladies. »

La recherche a été financée en partie par la Fondation Bill et Melinda Gates, le Department of Homeland Security, le National Institutes of Health, la James S. McDonnell Foundation, le Natural Sciences and Engineering Research Council of Canada et la National Science Foundation.