病毒进化对疾病传播动力学行为的影响

The affect of virus evolution on the disease transmission dynamics is a challenging problem. It involves at least two different time scales of viral evolutionary process and disease spread process, as well as two different levels of dynamics of individual infection and disease transmission among population. To cause a disease pandemic a new evolution virus strain usually should have four characteristics: 1. Need to be able to infect humans; 2. Can cause disease in humans; 3.Can spread from human to human easily; 4.Most of the population should be non-immune to the new virus. In this project, taking virus invision, coinfection, superinfection, infection age, vaccination, treatment, drug-resistant strains as the starting points, cosidering influenza, AIDS, hand, foot and mouth disease and other related diseases, we will study the affect of virus evolution on the virus diversity, virulence, population susceptibility and immunity, disease transmission routes, transmission means and transmission speed, etc. by using the evolutionary game theory, theories of dynamical systems and adaptive dynamics. Relevant results may provide a theoretical basis for disease prevention and control.

病毒进化对疾病传播动力学性态的影响是一具有挑战性的问题，它至少涉及病毒进化过程和疾病传播过程两个不同时间尺度，以及个体病毒感染和群体疾病传播两个不同层面的动态。进化产生的新病毒能否引起疾病大流行通常需具备四个特征：1.能感染人类；2.能导致疾病；3.易在人群之间传播；4.多数人对它没有免疫力。本课题将以病毒入侵、合并感染、重复感染、感染年龄、预防接种、治疗、耐药株等为切入点，结合流感、艾滋病、手足口病等一些具体疾病，利用进化对策理论、动力系统及适应动力系统理论研究病毒进化对病毒多样性、病毒毒性、人群易感性及免疫力、疾病传播途径、传播方式、传播速度等的影响。相关结果可为疾病的预防与控制提供理论依据。

结合HIV、HBV、Chikungunya等病毒的感染及传播特点，在建立并分析有关模型的基础上研究病毒进化对病毒多样性、病毒毒性、人群易感性及免疫力、疾病传播途径、传播方式、传播速度等的影响。在个体非线性动力学模型方面，对基本模型引入非常一般的病毒感染函数并考虑“非溶性细胞治疗”效应，完整地分析了系统的全局性态，针对HIV、HBV、Chikungunya等考虑了Logistic增长项、离散及分布时滞、免疫反应、细胞间感染等效应，分析了模型稳定性及分支现象。群体疾病传播模型方面，考虑了非线性疾病发生率、种群异质、复发等因素，研究了疾病流行与控制的阈值动力学性态。在年龄结构模型方面，考虑了潜伏、复发年龄结构及预防接种措施下免疫力的逐渐消失等因素，完整地分析了疾病传播与流行的最终性态。在空间异质传播模型方面，研究了疾病不同城市间传播的性态以及水生环境中病毒对物种竞争的影响，结果显示在空间异质环境中病毒可以协调物种共存，促进物种多样性，且在一定条件下病毒的存在可以使竞争优势发生逆转。