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Ancien lauréat
Bourse commémorative E.W.R. Steacie de 2008

Troy Day

Biologie mathématique

Queen's University


Troy Day
Troy Day

La page d’accueil du site Web de Troy Day présente une citation de l’écologiste Charles Elton. Il s’agit d’une critique humoristique et lourde de sous-entendus des mathématiciens qui tentent de séduire les biologistes et de les convaincre qu’une petite immersion en mathématiques serait bénéfique pour leurs travaux de recherche, puis qui les jettent dans le bain sans matériel de sauvetage. Cette plaisanterie illustre bien le fait que les biologistes ne sont pas toujours férus des mathématiques!

M. Day a surmonté sa crainte des mathématiques il y a longtemps, lorsqu’il a découvert les avantages des modèles mathématiques pendant qu’il faisait sa maîtrise en zoologie. De fait, il pensait suffisamment de bien des mathématiques pour choisir de faire son doctorat dans ce domaine. Actuellement, il consacre la plus grande partie de son temps à l’élaboration de modèles de l’évolution des organismes qui causent diverses maladies ou des stratégies de santé publique utilisées pour lutter contre ces maladies. Ces travaux lui ont valu une Bourse commémorative E.W.R. Steacie du CRSNG en 2008.

Dans un contexte où les voyages peuvent favoriser la propagation des virus et des bactéries dans le monde entier en quelques heures, l’efficacité des stratégies de santé publique repose sur une bonne compréhension du cycle de vie de ces pathogènes, ainsi que des mécanismes qui font que certains sont mortels et d’autres bénins. Il est alors possible de choisir les meilleures options de traitement ou de prévention pour les personnes, ainsi que les meilleures stratégies de santé publique qui limiteront la propagation de la maladie.

Lorsque le syndrome respiratoire aigu sévère (SRAS) s’est déclaré en 2003, par exemple, M. Day a pu démontrer qu’en raison du cycle de vie de cette maladie, la quarantaine imposée aux personnes que l’on soupçonnait d’avoir été exposé à cette dernière avait en réalité peu d’effet sur la prévention de l’infection, puisque ces personnes ne sont contagieuses que lorsqu’elles ont développé les symptômes. Bien que cette leçon n’ait été apprise qu’après coup, les outils analytiques créés par M. Day pourront être utilisés pour toutes les futures épidémies.

Toutefois, les agents pathogènes représentent une cible en mouvement perpétuel. Les pressions évolutives peuvent en modifier la virulence et le cycle biologique. « Il y a une espèce de course entre les tentatives qui visent à faire disparaître ces agents et leur capacité à évoluer en vue d’échapper à cette pression, explique M. Day. Essentiellement, lorsque vous tentez de créer un habitat hostile pour ces agents, ceux-ci évoluent de façon à s’y adapter. Dans un contexte d’épidémie, l’objectif est de les faire disparaître avant qu’ils ne soient en mesure de parvenir à cette fin. »

Lorsqu’on ne réussit pas à éradiquer un agent pathogène, celui-ci peut devenir plus virulent. La plupart des gens savent que les bactéries évoluent afin de résister aux antibiotiques. Mais il est moins connu que pratiquement toutes les interventions humaines peuvent avoir un effet. Selon M. Day, même les vaccins peuvent influer sur l’évolution d’une espèce.

Néanmoins, cela dépend en grande partie du type d’organisme. Le virus de la rougeole semble avoir une faible capacité évolutive qui lui permettrait d’échapper au vaccin contre cette maladie. Il en va tout autrement pour l’influenzavirus dont le vaccin doit continuellement être mis à jour. « Il est intéressant de chercher ce qui distingue ces deux virus et de là, tenter de prédire ce qui se passerait chez d’autres virus », déclare M. Day.

« Quoique vous fassiez, vous introduirez une nouvelle pression sélective qui amènera une certaine forme de changement évolutif. Idéalement, vous devez tenter de réduire au minimum les retombées négatives de cette évolution. »

M. Day prévoit approfondir cette question grâce à la Bourse Steacie qu’il a reçue du CRSNG. Il essaiera notamment de créer des modèles qui permettront de prédire les conséquences des interventions pharmaceutiques, telles que les vaccins, sur l’évolution. Il collabore avec Andrew Read de l’University of Edinburgh, un expert de premier plan de l’épidémiologie évolutive expérimentale du paludisme. L’équipe de M. Read réalisera des expériences en laboratoire sur divers aspects de la réponse immunitaire des souris, et l’équipe de M. Day utilisera ces données pour élaborer et mettre à l’essai la nouvelle théorie. L’objectif est de créer un modèle qui peut être appliqué à des maladies pour lesquelles on ne dispose pas de données sur l’espèce hôte.

En élaborant de tels modèles, M. Day tente d’établir un équilibre entre les caractéristiques globales d’une population et le comportement des organismes individuels. Pour le parasite du paludisme, il tient compte de facteurs tels que la transmissibilité et la mortalité, ainsi que la dynamique de la reproduction de chaque parasite dans l’espèce hôte.

M. Day souligne que les agents pathogènes doivent établir un équilibre délicat pour survivre et que chacun choisit une voie différente pour ce faire. Certains se reproduisent très rapidement, ce qui augmente les chances de transmission à une autre espèce hôte, mais menace la survie de cette espèce. D’autres adoptent une stratégie plus passive, faisant relativement peu de tort à leur hôte et prenant plus de temps pour transmettre la maladie.

Le fait d’en savoir davantage au sujet des préférences de chaque agent pathogène permettra non seulement de faire de meilleurs choix en matière de traitement et de prévention, mais aussi de mieux prédire le comportement de nouveaux agents pathogènes. « C’est en raison de ce comportement que chaque maladie est différente. Le défi consiste à intégrer ce facteur au modèle prédictif. »

En plus de bénéficier de subventions de recherche du CRSNG depuis une décennie, M. Day s’est vu décerner le Prix de doctorat du CRSNG en 1999.

M. Day n’est pas toujours plongé dans ses modèles mathématiques pour lutter contre les microbes! Il essaie aussi de rendre ce domaine plus accessible aux autres biologistes. Il affirme que sa formation et son expérience l’inspirent pour choisir la façon la plus efficace d’aborder le sujet. Il est même en train d’écrire un livre, en collaboration avec la biologiste Sarah Otto de la University of British Columbia, afin d’aider les étudiants de premier cycle à ne plus avoir peur des mathématiques et à les aimer.