Оценка риска вируса Западного Нила и парадигма мостикового вектора

Содержание: [Показать]

На северо-востоке США борьба с переносчиками вируса Западного Нила (ВЗН) не была сфокусирована из-за отсутствия точных сведений о роли, которую играют различные комары в передаче ВЗН. Мы проанализировали риск, который представляют 10 видов комаров для передачи ЛЗН человеку, используя новую меру оценки риска, которая объединяет информацию о численности, распространенности инфекции, компетентности переносчиков и укусах переносчиков. Этот анализ предполагает, что 2 вида ( Culex pipiens L. и Cx. RestuansTheobald [Diptera: Cilicidae]), ранее не считавшийся важным в передаче ЛЗН человеку, может быть ответственным за до 80% инфекций ВЗН среди людей в этом регионе. Этот вывод предполагает, что усилия по контролю должны быть сосредоточены на этих видах, что может снизить воздействие на нецелевые организмы водно-болотных угодий. Наша мера риска широко применима к другим регионам и болезням и может быть адаптирована для использования в качестве инструмента прогнозирования будущих инфекций ЛЗЗ среди людей.

С момента своего первого появления в Северной Америке в 1999 году вирус Западного Нила (ВЗН) распространился по континенту и в Центральной Америке. Он заразил>17000 человек и стал причиной>670 смертей ( 1 , 2 ). Снижение числа случаев заражения людей WNV посредством борьбы с переносчиками зависит от эффективного использования ограниченных ресурсов ( 3 ), что требует понимания того, какие векторы являются наиболее важными в передаче WNV человеку.

Предыдущие исследования показали, что разные виды комаров играют разную роль в распространении ВЗН. Culex pipiens L. и Cx. restuans Комары Theobald считаются основными векторами амплификации ВЗН у птиц на северо-востоке и северо-центральной части США ( 4 ), потому что они в первую очередь орнитофилы или кусают птиц, многочисленны и имеют самую высокую распространенность ВЗН в этом регионе. регион ( 5 ). Эти виды не считались важными для передачи ВЗН людям из-за их привычек питания ( 3 , 4 ). Вместо этого другие комары, которые принимают большую часть своей крови от млекопитающих, считаются переносчиками-переносчиками в передаче WNV людям (3 , 4 ). Виды, которые были предложены в качестве мостовых векторов, включают представителей родов Aedes и Ochleratus, а также других видов Culex ( 3 , 4 ). Однако классификация видов комаров как энзоотических или переносчиков-переносчиков ранее основывалась в основном на качественных категориях и не включала другие данные, которые имеют решающее значение для определения риска заражения человека каждым видом. В этом исследовании мы объединяем количественную информацию о численности, распространенности инфекции WNV, компетентности переносчиков и поведении укусов наиболее важных переносчиков на северо-востоке и северо-центральной части Соединенных Штатов, чтобы предсказать риск заражения человека от каждого вида.

Материалы и методы

Вероятность или риск того, что какой-либо вид комара заразит человека ВЗН, можно оценить как Риск = A × F m × P × C v , где A - численность, F m - доля пищи с кровью, взятой у млекопитающих, P - распространенность инфекции ВЗН, а C v- показатель компетентности переносчиков (доля москитов, инфицированных ВЗН, которые будут передавать вирус при последующем укусе). Наше уравнение для риска (с заглавной буквы для обозначения вычисленного выражения) представляет собой оценку относительного числа укусов WNV-инфекций млекопитающих каждым видом комаров. Мы по очереди обсуждаем данные, которые мы использовали для каждой переменной.

Мы использовали данные о численности из 2 округов вблизи первоначальной вспышки 1999 г. (Саффолк и Рокленд) в штате Нью-Йорк за период 2000–2003 гг., Всего ≈7 195 ловушко-ночей и 378 000 москитов. Комаров собирали с помощью световых ловушек Центров по контролю и профилактике заболеваний (CDC) с приманкой CO 2 (сухой лед) с вечера до следующего утра, что включает периоды пиковой активности рассматриваемых здесь комаров. В то время как некоторые комары недостаточно представлены в коллекциях световых ловушек CDC (например, Ochleratus trivittatus [6,7]), приманка ловушек с CO 2 и отлов в сумерках и на рассвете сводят к минимуму эту систематическую ошибку ( 3 ).

Комары из этих ловушек были идентифицированы до вида, за одним исключением; Сх. pipiens и Сх. Взрослых restuans трудно отличить в полевых условиях, и обычно их подсчитывают и отправляют на тестирование после того, как они объединены и помечены как Сх. pipiens / Сх. рестораны . В результате мы представляем 2 вида как пару. Мы усреднили их компетенции переносчиков и фракцию еды из крови от млекопитающих-хозяев, которые были исследованы для каждого вида отдельно с использованием протокола молекулярной идентификации ( 8 ) и идентификации комаров как личинок для разделения двух видов. Выявление подгруппы отловленных взрослых комаров опытными энтомологами ( 9) предполагает, что, хотя имеет место межгодовая изменчивость, эти виды имели примерно одинаковую численность в среднем за последние 4 года (L. Kramer et al., неопубликованные данные). Оба вида имеют одинаковое пищевое поведение (15–22% еды с кровью поступает от млекопитающих-хозяев, усредняя данные, взвешенные по размеру выборки из [9,10] и L. Kramer et al., Unpub. Data), и размножаются в одинаковых средах обитания. (контейнеры, такие как шины, желоба, водосборные бассейны, бассейны с загрязненной поверхностью). В результате объединение этих видов в нашем анализе не должно умалять нашей способности определять, какие векторы передают WNV человеку; это также не должно изменять стратегии, которые следует применять для борьбы с популяциями переносчиков инфекции.

Чтобы повысить чувствительность нашего анализа, мы использовали данные тестирования WNV по всему штату Нью-Йорк с 2000 по 2003 год, чтобы оценить распространенность инфекции для каждого вида. Однако мы включили данные только по комарам, пойманным с помощью световых ловушек CDC, потому что распространенность была выше у комаров, пойманных в ловушки для беременных, и эти ловушки в основном захватывают комаров Culex , которые уже поели хотя бы один раз. Хотя проведенное нами крупномасштабное усреднение игнорирует важные пространственные и временные вариации, требуется более крупный набор данных для точной оценки распространенности видов, которые редко заражаются (т. Е. Всех видов, не зараженных Culex).разновидность). Корреляционный анализ распространенности видов комаров на уровне округа и штата показал, что 2 набора данных были сопоставимы (Рокленд против штата Нью-Йорк, r = 0,92 и Саффолк против штата Нью-Йорк, r = 0,97). Комаров тестировали на РНК ВЗН с помощью обратной транскрипции-полимеразной цепной реакции (ОТ-ПЦР) ( 11 ) в группах (пулах) от 20 до 50, и распространенность инфекции каждого вида выражалась как минимальная скорость инфицирования (MIR), где MIR = 1000 × (пулы с положительными результатами тестирования на ВЗН / общее количество протестированных комаров). Этот расчет предполагает, что каждый пул содержит только 1 инфицированного комара, что с вероятностью>99% для MIRs 3 были зарегистрированы для Cx. pipiens / Сх. рестораны ( 5), что может привести к недооценке истинной распространенности и риска для этой пары видов.

Кровяная мука от комаров, пойманных в ловушку в Нью-Йорке и Нью-Джерси, была идентифицирована до позвоночных с помощью ПЦР или гетеродуплексного метода ( 9 , 10 , 12 ). Мы рассчитали долю кровяной пищи каждого вида, полученной от млекопитающих, как относительную оценку вероятности того, что этот вид будет питаться людьми ( 13 ). Мы полагаем, что это приближение справедливо, потому что идентификация кровяной пищи млекопитающих на уровне видов показала, что все рассматриваемые здесь виды питаются людьми ( 10 , 14 ). Кроме того, все идентифицированные пищевые продукты из крови млекопитающих из Сх. pipiens и Сх. рестораныбыли от наземных млекопитающих (9,10, Kramer et al., неопубликованные данные). В результате мы полагаем, что пища из крови млекопитающих, идентифицированная по Сх. pipiens и Сх. restuans не были результатом того, что эти обычно орнитофильные комары время от времени кусали древесных млекопитающих. Наконец, недавнее исследование показало, что в Северной Америке Cx. pipiens на самом деле являются гибридами между более орнитофильными Сх. pipiens и более оппортунистически питающийся Сх. Molestus и Сх. quinquefasciatus ( 15 ), что может помочь объяснить их питание людьми и другими млекопитающими.

Наконец, предыдущие исследования показали, что комары могут быть инфицированы WNV (т. Е. Иметь положительный результат теста), но не передавать вирус при кормлении, иногда потому, что вирус не присутствует в слюнных железах ( 4 ). Вероятность того, что вирус будет передан при укусе, учитывая положительный результат теста на ВЗН у комара, различается у разных видов и была включена в анализ с помощью компетенции переносчиков C v (источники см. В таблице). ВНИМАНИЕ !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! Три вида: Culiseta melanura , Ochlerotatus canadensis и Oc. trivittatus , не тестировались на компетенцию переносчиков. Для этих видов мы использовали значения для их сородичей, а также представили риск для этих видов, если их C v был 1, т. е. если каждый инфицированный комар передавал вирус при кормлении (см. таблицу).

Таблица

Разновидность Относительное изобилие WNV MIR * Векторная компетенция † (ссылка) Фракция млекопитающих ‡ Риск % Риска
Aedes vexans20,70,050,17 (16)0,86 (126)0,144.5
Coquillettidia perturbans11,30,010,11 (17)0,83 (191)0,010,5
Culex pipiens + Сх. рестораны37,20,950,38 (16–18)0,19 (373)2,5280,2
Сх. салинариус0,60,850,36 (17)0,67 (91)0,123.9
Кулисета меланура5.20,170,28 (19) §0,11 (141)0,030,8
Охлеротатус канадский14,90,000,55 (16,18) ¶1,00 (107)0,000,0
Oc. japonicus0,50,330,93 (16)0,95 (57)0,165.0
Oc. соллитанты2.00,070,16 (16)1,00 (28)0,020,7
Oc. trivittatus7,60,050,55 (16,18) ¶0,64 (115)0,144.4

* МИР, минимальный уровень заражения.

† Доля москитов, инфицированных ВЗН, которые передают вирус при последующем укусе.

‡ Количество поеданий москитной кровью, указанное в скобках (9,10, Kramer et al., Неопубликованные данные).

§ Значение компетентности вектора взято из исследования на Cs. инорната . Риск увеличивается до 0,09 и 3,0% при условии, что максимальная компетентность вектора равна 1,0.

¶Родовое среднее значение. Риск с векторной компетенцией 1.0 будет равен 0 и 0% для Oc. canadensis и 0,25 и 8,0% для Oc. trivittatus .

Результаты

Видовая пара Сх. pipiens + Сх. restuans составляет>80% от общего риска, суррогатного для случаев инфицирования людей WNV в этом регионе, за этот период времени (таблица). Угроза для этой пары видов в ≈16 раз выше, чем для 4 других важных видов, Oc. japonicus , Ae. vexans , Oc. trivittatus и Сх. salinarius . Это открытие является результатом высокой распространенности и обилия ВЗН этой пары видов, что более чем компенсирует относительно небольшую долю кровяной пищи млекопитающих этих, в первую очередь, кусающих птиц комаров (таблица). Напротив, в то время как некоторые виды, ранее предложенные в качестве важных переносчиков инфекции, имеют высокий уровень инфицирования (Сх. salinarius ), многочисленны ( Aedes vexans , Oc. canadensis ) или являются чрезвычайно эффективными переносчиками в лабораторных условиях ( Oc. japonicus ), ни один из них не составляет>5% от общего риска заражения людей ВЗН.

Обсуждение

Объединение 4 важных аспектов передачи болезней в единый показатель риска позволяет предположить, что 2 вида комаров, которые ранее не рассматривались как переносчики передачи людям, на самом деле могут быть наиболее важными. Текущие руководящие принципы управления WNV ( 3 ) призывают к широкому контролю над комарами с использованием как инсектицидов, так и управления водными потоками. Наши результаты свидетельствуют в пользу сосредоточения усилий по борьбе с комарами на Сх. pipiens и Сх. restuans , которые в основном размножаются в небольшом подмножестве местообитаний (покрышки, желоба, водосборные бассейны, загрязненные поверхностные бассейны), которые отличаются от таковых многих других переносчиков ( 20). Такое внимание могло бы существенно снизить пагубное воздействие борьбы с комарами на нецелевые виды, особенно на водно-болотных угодьях. Кроме того, сосредоточение внимания на этих средах обитания и видах должно повысить эффективность мер контроля и снизить количество случаев заражения людей WNV. Наконец, уменьшение плотности этих видов комаров должно также снизить передачу ВЗН между птицами. Эта стратегия управления имеет двойное преимущество: снижает серьезность эпидемий ЛЗЗ среди птиц и их последующего распространения на млекопитающих.

Эти результаты должны быть помещены в соответствующий пространственный и географический контекст. Наиболее важные векторы передачи ЛЗН людям в других регионах США, вероятно, будут другими. Сх. quinquefasciatus и Сх. nigripalpus являются преобладающими переносчиками ЛЗН между птицами на юго-востоке США ( 17 , 21 ), а Сх. tarsalis и Сх. quinquefasciatus играют эту роль на большей части западных территорий США ( 19 ). Широкие особенности питание, переключение хозяина от птиц до млекопитающих в падении, или оба ( 22 - 24) делают эти 3 вида, вероятно, также доминирующими векторами передачи WNV людям в этих регионах. Аналогичным образом, в то время как наш анализ векторов на северо-востоке США определил наиболее важные векторы заражения людей ЛЗН путем усреднения за несколько лет и по многонациональной шкале, другие векторы могут быть более важными в локальном масштабе (например, Cx. Salinarius рядом с соленой водой). болото [25]) или в периоды сезона передачи. Наши результаты должны быть проверены в меньших временных и пространственных масштабах, потому что усреднение данных, в которых численность и уровни инфицирования отрицательно коварируются, могут привести к ошибочным результатам ( 26 ).

Обоснованность наших выводов основывается на сделанных нами предположениях и данных, на которых они основаны. Первостепенное значение имеет относительное количество кормлений Сх. pipiens и Сх. restuans на людях, что основано на оценках численности, полученных с помощью световых ловушек CDC с приманкой для CO 2 и кровавой пищи от комаров, выявленных у млекопитающих-хозяев (а также небольшого числа людей). Недавняя работа Gingrich и Casillas ( 25 ) усиливает наши результаты и предполагает, что кормление Сх. pipiensна людях может быть более распространенным, чем считалось ранее. Эти исследователи сравнили частоту приземления комаров на людей (которые затем были пойманы с помощью аспиратора и идентифицированы) с обилием москитов, пойманных с помощью световых ловушек CDC с приманкой на CO 2 в 4 местах в Делавэре. Когда использовались данные из их Таблицы 1, соотношение москитов, пойманных после приземления на человека, к комарам, пойманным с помощью световых ловушек CDC с приманкой на CO 2, составляет 0,36 для Сх. pipiens , 0,40 для Сх. salinarius и 0,07 для Ae. vexans (25, таблица). Это открытие предполагает, что с точки зрения питания людьми Cx. pipiens относительно недостаточно представлены световыми ловушками CDC с приманкой для CO 2 по сравнению сAe. vexans , из чего следует, что Ae. vexans может иметь меньшее значение, а Сх. pipiens важнее, чем показал наш анализ. Из видов, рассмотренных как в нашем исследовании, так и в исследовании Gingritch и Casillas, только Oc. canadensis относительно недостаточно представлена ​​световыми ловушками CDC по сравнению с Cx. pipiens с отношением количества приземлений человека к световой ловушке CDC 1,31. Однако этот вид редко заражается ВЗН и не является важным вектором передачи ВЗН человеку (таблица).

Одна из сильных сторон нашей меры риска заключается в том, что ее можно применять к другим местоположениям и в других масштабах, просто применяя уравнение риска к данным из желаемого масштаба и региона при надлежащем анализе ( 26 ). Кроме того, уравнение риска можно использовать в качестве прогностического индекса для прогнозирования относительного числа будущих случаев заражения людей WNV, что может быть полезно для краткосрочного планирования и распределения ресурсов. Сумма уравнения риска для всех (от i = 1 до n) видов комаров, умноженная на плотность населения в рассматриваемой области, должна дать оценку количества краткосрочных будущих инфекций человека WNV:

В настоящее время мы проверяем полезность этого индекса для прогнозирования относительного числа случаев заражения людей ВЗН между местоположениями и в течение сезона комаров.

Благодарности

Мы благодарим Барбару Уиллен, Керри Хардинг, Майкла Санториелло и других сотрудников лаборатории болезней, переносимых членистоногими, за отлов и идентификацию комаров. Мы благодарим местные комариные районы штата Нью-Йорк за сбор комаров, сотрудников лаборатории арбовирусов за проведение анализов на вирус WNV и команду по наблюдению за вирусом WNV штата Нью-Йорк за координацию усилий по надзору.

Эта работа финансировалась Национальным институтом аллергии и инфекционных заболеваний (NIAID) - Национальным институтом здравоохранения, контракт № NO1-AI-25490, а также за счет основного финансирования Консорциума природоохранной медицины в Доверии дикой природы от Фонда В. Канна Расмуссена. Финансирование тестирования было частично предоставлено грантом Emerging Laboratory Capacity от CDC, No. 15-0022-07. Анализы кровяной муки финансировались контрактом NIAID No. 14-0131-01.

биография

Доктор Килпатрик - старший научный сотрудник Консорциума природоохранной медицины. Его исследовательские интересы включают экологию зоонозов и болезней диких животных, экологию сообществ и охрану природы.