A Szegedi Tudományegyetem matematikusainak új modellje a káoszelmélet segítségével mutatja be, hogyan tudja az immunelkerülést és a fertőzőképesség közötti evolúciós egyensúlyozás kiszámíthatatlan tulajdonságú új vírusvariánsokat mutatni.
A COVID-19 pandémia alatt megtapasztalhattuk, hogy az újonnan felbukkanó variánsok rendre felborították a várakozásokat, újabb és újabb nehézségeket okozva. A brit variáns (későbbi nevén alfa) megjelenésekor sokan már a nyitásra készültek, ám a szegedi járványmodellező matematikusok már jóval előre jelezték a harmadik járványhullámot, amit ez a variáns a megnövekedett terjedési képessége miatt. A világjárvány megmutatta, mennyire nehéz megjósolni a vírusok evolúcióját – az Egészségbiztonság Nemzeti Laboratórium kutatóinak új tanulmánya elméleti alapot ad arra, hogy megértsük, miért.
A COVID-19 világjárvány során tapasztalt bizonytalanságokkal összecsengő új felfedezés szerint a vírusok evolúciója kaotikus és kiszámíthatatlan is lehet – különösen akkor, ha választani kell az immunrendszer kikerülése és a fertőzőképesség növelése között. Ezt az orvosom trade-off jelenséget a vir okok kimutatták például bizonyos ikron variánsok összehasonlításakor . Garab Ábel, Golsa Sayyar és Röst Gergely, a Szegedi Tudományegyetem matematikusai munkájukban egy olyan új evolúciós modell alkottak, amely ezt a jelenséget is veszi.
„A modellünk azt mutatja be, hogyan változnak az egymással versengő vírustörzsek, továbbra is egyensúlyoznak a terjedési hatékonyság és az immunkerülési képesség között” – mondta Röst Gergely. „Meglepő módon azt találtuk, hogy ez az evolúciós huzavona nem mindig vezet kiszámítható kimenetelhez – sőt, gyakran kaotikus viselkedés a jellemző.”
A modell három lehetséges hosszú távú viselkedést fel. Az egyik a konvergencia, amely során a vírus jellemzői kiegyensúlyozottá válnak, és ugyan jönnek új variánsok, de azok hasonló méretű ismétlődő hullámokat okoznak. A másik tipikus viselkedés, amikor nagyobb és kisebb hullámok követik egymást, és a domináns törzsek felváltva válnak hol nagyon fertőzővé, hol nagyon immunelkerülővé. A legmegdöbbentőbb, hogy a kaotikus viselkedés lehetséges, amely során a jövőbeli vírus jellemzői alapvetően előrejelezhetetlenné válnak, és vissza nagyságú járványhullámokat tapasztalunk sorra. Az utóbbi jelenséget a bifurkációs diagramok segítségével vizualizálják a kutatók, amelyek bemutatják, miként csúszik át a rendszerből bonyolult, kiszámíthatatlan viselkedésű.
A káoszelmélet olyan rendszerek matematikai leírásával foglalkozik, amelyekben egyszerű szabályok okoznak bonyolult, kiszámíthatatlan viselkedést. A kaotikus viselkedés egyik jellemzője a kiindulási állapotra való érzékenység, amit pillangó-effektusnak is szoktak nevezni: egy nagyon apró változás, mint például egy pillangó szárnycsapása nagymértékben megváltoztathatja a rendszer hosszútávú működését. Megjelenik a kaotikus dinamika az élet számos területén, például az időjárási előrejelzésekben, a kettős viselkedésben, a három-test probléma kiszámíthatatlanságában, és mint a szegedi matematikusok munkájából most kiderül, a vírusok evolúciójában is.
A következtetések hatással vannak a közegészségügyi stratégiára, a vakcinafejlesztésre és a világjárványokra való felkészülésre is. Ha a vírus evolúciója valóban kaotikus lehet, akkor a hosszú előrejelzések megbízhatósága korlátozott, és ehelyett a rugalmasságra, gyors reagálásra és adaptív megközelítésekre kell helyezni a hangsúlyt. Ezen komplexitás felismerése és elfogadása lehet a kulcs ahhoz, hogy ne csak szaladjunk a vírusok után, hanem legalább egy lépéssel előttük járjunk.
Az idézett tanulmány:
Sayyar, G., Garab, Á., & Röst, G., Evolution into chaos–impplications of the trade-off between transmissibility and immuneevasion. Fertőző betegségek modellezése. 10 (3), 2025, 909-923 https://doi.org/10.1016/j.idm.2025.04.003Garab Ábel és Röst Gergely munkáját az RRF-2.3.1-21-2022-00006 (Egészségbiztonság Nemzeti Laboratórium), Golsa Sayyar munkáját a Marie Curie program EVOGAMESPLUS projekt támogatja.
A fotón: Dr. Röst Gergely matematikus, a Szegedi Tudományegyetem Alkalmazott és Numerikus Matematika Tanszék vezetője, az Egészségbiztonság Nemzeti Laboratórium szakmai vezetője.
(SZTE)
Fotó: MTI/Varga György
