Czy nietoperze mogą nam „powiedzieć”, kiedy i gdzie zaatakuje Ebola?
Nowe badania sugerują, że możemy przewidzieć, kiedy i gdzie nastąpi kolejna epidemia wirusa Ebola, jeśli przyjrzymy się bliżej wzorcom migracji nietoperzy.
Ebola to bardzo śmiertelny i wysoce zaraźliwy wirus, którego po raz pierwszy odkryto w Afryce Zachodniej w 1976 r. Uważa się, że nietoperze owocożerne są naturalnym żywicielem wirusa.
Chociaż większość śmiertelnych epidemii pochodzi z krajów afrykańskich, ostatni kryzys Ebola - który miał miejsce w latach 2014-2016 - rozprzestrzenił się na resztę świata, w tym Stany Zjednoczone.
W Stanach Zjednoczonych zarejestrowano cztery przypadki, z których jeden zakończył się śmiercią.
W tym kontekście przewidywanie czasu i miejsca następnej epidemii wirusa Ebola może okazać się szczególnie przydatne w zapobieganiu jej. Dlatego naukowcy postanowili stworzyć ramy modelowania, które mogą pomóc nam przewidzieć takie wydarzenie w przyszłości.
Nowe badanie zostało przeprowadzone przez Javiera Bucetę, profesora nadzwyczajnego bioinżynierii, Paolo Bocchiniego, który jest profesorem nadzwyczajnym inżynierii lądowej i środowiska oraz habilitantem Graziano Fiorillo - z których wszyscy są związani z Uniwersytetem Lehigh w Betlejem w stanie Pensylwania.
Postawili hipotezę, że skoro nietoperze są nosicielami wirusa, śledzenie ich wzorców migracji może pomóc w stworzeniu struktury predykcyjnej.
Wyniki ich badań zostały opublikowane w czasopiśmie Raporty naukowe.
Tworzenie matematycznego modelu wirusa Ebola
Aby stworzyć ramy, Buceta i zespół wykorzystali informacje satelitarne i próbkowanie parametrów. Naukowcy wprowadzili te informacje do algorytmu komputerowego lub modelu, który został stworzony w celu przewidywania warunków, w których zachowanie nietoperzy koreluje z epidemiami wirusa Ebola.
Dane wprowadzone do algorytmu obejmowały wskaźniki urodzeń i śmiertelności nietoperzy, szybkość, z jaką zostały zakażone wirusem oraz czas, jaki zajęło im wyzdrowienie.
Ponadto, aby przewidzieć szczyty infekcji nietoperzy w określonym regionie, model obejmował informacje o tym, kiedy i gdzie nietoperze migrowały, o zmianach sezonowych oraz o dostępności pożywienia i schronienia.
Badacze musieli także wziąć pod uwagę informacje o środowisku; w tym celu użyli Google Earth Engine do pobrania informacji z jednej z baz danych NASA.
Bocchini szczegółowo opisuje zastosowane procedury, mówiąc: „Musieliśmy zbadać losowe fluktuacje dostępnych zasobów na całym kontynencie afrykańskim w wysokiej rozdzielczości; było to ogromne wyzwanie obliczeniowe i probabilistyczne ”.
„Uznaliśmy, że z matematycznego punktu widzenia” - kontynuuje - „problem jest podobny do przypadkowej propagacji fal sejsmicznych w regionie dotkniętym trzęsieniami ziemi i mogliśmy dostosować nasze narzędzia”.
Po uwzględnieniu takich czynników, jak wilgotność i temperatura, naukowcy byli w stanie „następnie przewidzieć stężenie zainfekowanych nietoperzy, jakiego można by się spodziewać w tych szczególnych warunkach” - wyjaśnia Buceta.
Model dokładnie przewiduje wybuch epidemii wirusa Ebola
Epidemia wirusa Ebola w latach 2014–2016 rozpoczęła się od przypadku 2-letniego dziecka w Meliandou, wiosce w Gwinei w Afryce Zachodniej.
Jednak szczep wirusa, który zaraził dziecko, miał swoje korzenie w Demokratycznej Republice Konga, oddalonej o tysiące mil od Meliandou.
Korzystając z ram zaprojektowanych przez Bucetę i zespół, naukowcy byli w stanie przewidzieć „z mocą wsteczną” „szczyt infekcji w Meliandou […] w miesiącach, w których wybuchła epidemia”. Uznali swoje odkrycia za „niezwykłe”.
Jednak gdy zespół zastosował podobne dane z innego miejsca - 400 kilometrów od Meliandou i charakteryzującego się innym klimatem - wyniki nie wykazały szczytu infekcji w tym okresie.
„W naszym modelu” - dodaje Buceta - „pojawienie się ognisk jest ściśle powiązane z wahaniami warunków środowiskowych, które mają wpływ zarówno na wzorce migracji nietoperzy, jak i na wskaźniki infekcji”.
„Takie odkrycia” - dodaje - „zdecydowanie sugerują, że czynniki środowiskowe odgrywają kluczową rolę w rozprzestrzenianiu się wirusa Ebola wśród nietoperzy”.
Naukowcy mają nadzieję, że ich model pomoże przewidzieć i zapobiegać nie tylko epidemiom wirusa Ebola, ale także innym wirusom przenoszonym ze zwierząt na ludzi.
