Dr Erida Gjini
Établissement d'origine
Mathematical Modelling of Biological Processes, The Gulbenkian Institute - PT
Laboratoire d'accueil
Institut Denis Poisson (IDP) / Université d'Orléans, Université de Tours, CNRS - FR
Hôte Scientifique
Dr Sten Madec
PROJET
Coexistence autour de la neutralité
L'une des questions fondamentales de l'écologie et de la biologie évolutive est la génération et le maintien de la biodiversité. En étudiant des communautés multi-espèces avec des systèmes classiques Lotka-Volterra ou avec des modèles de théorie des jeux évolutifs, il a été démontré que l'interaction entre la coopération et la compétition est essentielle. Dans les espaces de diversité de grande dimension, les approches analytiques sont très difficiles, voire impossibles. Ici, je propose d'avancer sur un tel front analytique, en étudiant un nouveau système d'interactions multi-types qui surviennent dans la dynamique épidémiologique de souches de pathogènes co-colonisateurs et en utilisant la séparation à l'échelle de temps pour la réduction du modèle.
Avec le Dr Sten Madec, nous développons un nouveau cadre d'analytique mathématique pour capturer pleinement la dynamique avec N souches, où les asymétries par paires conduisent à différents régimes de coexistence collective et de stabilité de la diversité. Nous nous concentrons sur les interactions de co-colonisation en tant que force stabilisatrice alternative dans les écosystèmes endémiques multi-types, où les niches émergentes naissent d'un paysage de fitness dynamique, remettant en question les études antérieures. Ce cadre peut être appliqué à d'autres systèmes de contagion multi-types en écologie, sociologie, propagation de l'information, où la dynamique dépendante de la fréquence entre les types co-circulants est importante.
La modelisation permetra une compréhension quantitative à l'échelle croisée de la dynamique de transmission et du contrôle. Les non-linéarités intrinsèques induites par les rétroactions et la grande dimensionnalité rendent le contrôle des agents pathogènes très difficile, par ex. dans les bactéries du pneumocoque, la dengue et les virus de la grippe. On a besoin de meilleurs outils analytiques. Ce project ira relever ces défis en intégrant les mathématiques avancées à l'écologie, l'évolution et le contrôle des systèmes multi-types.
Events organised by this fellow
Publications
Final reports
Co-infection is an important aspect of many infectious diseases, with substantial modeling efforts in the last decades. Yet, simple and sufficiently general mathematical frameworks to analyze and unify the full spectrum of hierarchical patterns emerging from co-infection interactions and variation in other fitness dimensions between two or more strains are missing. Here, we contribute to fill this gap, thanks to a model reduction obtained after assuming strain similarity. We model simultaneously 5 fitness dimensions where strains can differ close to neutrality, and decompose dynamics in two timescales: neutral dynamics between types on a fast timescale, and non-neutral selective processes on a slow timescale, driven explicitly by trait variation and a replicator equation. We bridge adaptive dynamics and epidemiological multi-strain models, generalizing and advancing analytically these two perspectives on co-infection and coexistence.