Математические подходы к профилактике бешенства
Аннотация
Бешенство – особо опасная болезнь млекопитающих и человека, характеризующаяся поражением центральной нервной системы, вызываемая вирусами рода Lyssavirus сем.Rhabdoviridae. Ежегодно от бешенства умирают почти 59 000 человек во всем мире. Важное значение в контроле рабической инфекции имеет мониторинг и прогноз эпизоотической ситуации, а также проведение своевременных и эффективных профилактических мероприятий. Удобным инструментом для решения задач прогнозирования и оценки рисков является математическое моделирование, позволяющее прогнозировать течение и исход болезни на различных уровнях: от молекулярного до биогеоценотического.
В данном обзоре представлены примеры использования математических моделей для решения различных задач по профилактике бешенства, включая моделирование эпизоотического процесса в отдельных регионах с учетом влияния различных профилактических мероприятий на распространение рабической инфекции; оценку экономической эффективности программ вакцинации и формирование оптимального комплекса мер по профилактике бешенства.
Относительно новым направлением является применение байесовского подхода в филогенетическом анализе для более глубокого понимания эволюции генома и признаков вируса, а также популяционной динамики возбудителя.
Математические модели становятся вспомогательным инструментом и в разработке антирабических вакцин при выявлении потенциальных мишеней для новых вакцин и определении влияния различных условий хранения на сроки сохранения необходимой антигенности вакцин.
Таким образом, использование математических подходов в эпизоотологии и биотехнологии позволяет существенно увеличить эффективность мер по профилактике рабической инфекции.
Об авторе
В. А. Лобанова
Всероссийский научно-исследовательский и технологический институт биологической промышленности
Россия
Россия
асп. отдела иммунологии
Список литературы
1. World Health Organization. WHO Expert Consultation on Rabies: Second report. World Health Organ Tech Rep Ser. 2013;(982). https:// apps.who.int/iris/handle/10665/85346
2. Сидорчук А.А. Современные представления о зоонозах // – Российский вете ринарный журнал. Сельскохозяйственные животные.-2012.— №4.— С. 6–7.
3. Инфекционная патология животных. Руководство в 7 томах. Том II. Бешенство. / А.Я. Самуйленко [и др.];под ред. А.Я. Самуйленко.— М., 2012.— 149 с.
4. Метлин, А.Е. Ситуация по бешенству в различных регионах мира и разработка мероприятий по борьбе с бешенством / А.Е. Метлин [и др.] // Труды федерального центра охраны здоровья животных.- М., 2018.-Т.16: 60 лет ФГБУ «ВНИИЗЖ». - С. 72-94.
5. Эпизоотическая ситуация по бешенству в Российской Федерации за период с 2010 по 2019 г / В.В. Михайлова [и др.] // Кролиководство и звероводство.- 2020.- № 3.- С. 30-34.
6. Ретроспективная оценка реализации долгосрочного прогноза пространственного распространения бешенства в азиатской части России / А.Д. Ботвинкин [и др.] // Проблемы особо опасных инфекций.— 2020.— №2.— С. 13–21. doi: 10.21055/0370-1069-2020-2-13-21
7. Герасимов А.Н. Модели и статистический анализ в эпидемиологии инфекционных заболеваний // Тихоокеанский медицинский журнал.- 2019.- №(3).— С. 80– 83. doi:10.17238/PmJ1609-1175.2019.3.80-83
8. WHO Rabies Modelling Consortium. Zero human deaths from dog-mediated rabies by 2030: perspectives from quantitative and mathematical modelling. Gates Open Res. 2020;3:1564. Published 2020 Mar 4. doi:10.12688/gatesopenres.13074.2
9. Matveeva IN, Klyukina VI, Grin SA, Samuilenko AYa, Bondareva NA, Popova VM, Ivanov IV, Grin AV. Quantitative assessment of glycoprotein in rabies vaccines by enzyme immunoassay. RJPBCS. 2019;10 (2):1359-1363.
10. Guo D, Yin W, Yu H, et al. The role of socioeconomic and climatic factors in the spatio-temporal variation of human rabies in China. BMC Infect Dis. 2018;18(1):526. Published 2018 Oct 22. doi:10.1186/s12879-018-3427-8
11. Pepin KM, Davis AJ, Streicker DG, Fischer JW, VerCauteren KC, Gilbert AT. Predicting spatial spread of rabies in skunk populations using surveillance data reported by the public. PLoS Negl Trop Dis. 2017;11 (7):e0005822. Published 2017 Jul 31. doi:10.1371/journal.pntd.0005822
12. Anderson RM, Jackson, HC, May RM, Smith AM. Population dynamics of fox rabies in Europe. Nature. 1981;289:765– 771. doi:10.1038/289765a0
13. Hampson K, Dushoff J, Bingham J, Brückner G, Ali YH, Dobson A. Synchronous cycles of domestic dog rabies in subSaharan Africa and the impact of control efforts. Proc Natl Acad Sci U S A. 2007;104(18):7717- 7722. doi:10.1073/pnas.0609122104
14. Tohma K, Saito M, Demetria CS, et al. Molecular and mathematical modeling analyses of inter-island transmission of rabies into a previously rabies-free island in the Philippines. Infect Genet Evol. 2016;38:22- 28. doi:10.1016/j.meegid.2015.12.001
15. Tian H, Feng Y, Vrancken B, et al. Transmission dynamics of re-emerging rabies in domestic dogs of rural China. PLoS Pathog. 2018;14 (12):e1007392. Published 2018 Dec 6. doi:10.1371/journal.ppat.1007392
16. Kitala PM, McDermott JJ, Coleman PG, Dye C. Comparison of vaccination strategies for the control of dog rabies in Machakos District, Kenya. Epidemiol Infect. 2002;129(1):215-222. doi:10.1017/s0950268802006957
17. Тюлько, Ж.С. Моделирование эпизоотии бешенства в популяциях лисиц при ограниченной экологической емкости биотопов / Ж.С. Тюлько, И.В. Кузьмин // Экология.— 2002.— № 5.— С. 351–357.
18. Baker L, Matthiopoulos J, Müller T, Freuling C, Hampson K. Local rabies transmission and regional spatial coupling in European foxes. PLoS One. 2020;15 (5):e0220592. Published 2020 May 29. doi:10.1371/journal.pone.0220592
19. Escobar LE, Peterson AT, Papeş M, et al. Ecological approaches in veterinary epidemiology: mapping the risk of bat-borne rabies using vegetation indices and nighttime light satellite imagery. Vet Res. 2015;46(1):92. Published 2015 Sep 4. doi:10.1186/s13567-015-0235-7
20. Hunt N, Carroll A, Wilson TP. Spatiotemporal Analysis and Predictive Modeling of Rabies in Tennessee. Journal of Geographic Information System. 2018;10(1):89- 110. Published 2018 Feb 7. doi: 10.4236/jgis.2018.101004
21. McClure KM, Gilbert AT, Chipman RB, Rees EE, Pepin KM. Variation in host home range size decreases rabies vaccination effectiveness by increasing the spatial spread of rabies virus. J Anim Ecol. 2020;89(6):1375-1386. doi:10.1111/1365-2656.13176
22. Huang J, Ruan S, Shu Y, Wu X. Modeling the Transmission Dynamics of Rabies for Dog, Chinese Ferret Badger and Human Interactions in Zhejiang Province, China. Bull Math Biol. 2019;81(4):939-962. doi:10.1007/s11538-018-00537-1
23. Duke JE, Blanton JD, Ivey M, Rupprecht C. Modeling enzootic raccoon rabies from land use patterns - Georgia (USA) 2006- 2010. F1000Res. 2013;2:285. Published 2013 Dec 27. doi:10.12688/f1000research.2- 285.v2
24. Zhang J, Jin Z, Sun GQ, Zhou T, Ruan S. Analysis of rabies in China: transmission dynamics and control. PLoS One. 2011;6 (7):e20891. doi:10.1371/journal.pone.0020891
25. Chen J, Zou L, Jin Z, Ruan S. Modeling the geographic spread of rabies in China. PLoS Negl Trop Dis. 2015;9(5):e0003772. Published 2015 May 28. doi:10.1371/journal.pntd.0003772
26. Huang Y, Li M. Application of a Mathematical Model in Determining the Spread of the Rabies Virus: Simulation Study. JMIR Med Inform. 2020;8(5):e18627. Published 2020 May
27. doi:10.2196/18627 27. Yu J, Xiao H, Yang W, et al. The impact of anthropogenic and environmental factors on human rabies cases in China [published online ahead of print, 2020 Apr 29]. Transbound Emerg Dis. 2020;10.1111/ tbed.13600. doi:10.1111/tbed.13600
28. Weng HY, Wu PI, Yang PC, Tsai YL, Chang CC. A quantitative risk assessment model to evaluate effective border control measures for rabies prevention. Vet Res. 2010;41(1):11. doi:10.1051/vetres/2009059
29. Morgan CN, Wallace RM, Vokaty A, Seetahal JFR, Nakazawa YJ. Risk Modeling of Bat Rabies in the Caribbean Islands. Trop Med Infect Dis. 2020;5(1):35. Published 2020 Mar 1. doi:10.3390/tropicalmed5010035
30. Sanchez JN, Hudgens BR. Vaccination and monitoring strategies for epidemic prevention and detection in the Channel Island fox (Urocyon littoralis). PLoS One. 2020;15 (5):e0232705. Published 2020 May 18. doi:10.1371/journal.pone.0232705
31. Высоцкая, Е.В. Моделирование процедуры демаскировки лис в мероприятиях по элиминации угроз биобезопасности, связанных с бешенством / Е.В. Высоцкая [и др.] // Восточно-Европейский журнал передовых технологий.— 2017.— № 10 (89).— С. 46–54. doi: 10.15587/1729-4061.2017.109868
32. Эпизоотическая ситуация и прогноз по бешенству на территории Владимирской области: информационный бюллетень / А.В. Бельчихина, М.В. Дудорова, М.А. Шибаев, А.О. Оганесян, С.А. Дудников — Владимир: ФГБУ «ВНИИЗЖ», 2012.— 56 с.
33. Шабейкин, А.А. Обзор эпизоотической ситуации по бешенству в Российской Федерации за период с 1991 по 2015 годы / А.А. Шабейкин, О.Н. Зайкова, А.М, Гулюкин // Ветеринария Кубани.— 2016.— № 4.— С. 4–6.
34. Горбенко, П.Г Компьютерная модель эпизоотологии бешенства, обеспечивающая контроль заболеваемости с учетом географических особенностей Cвердловской области / П.Г. Горбенко, А.Д. Алексеев, О.Г. Петрова // Medicus.— 2018.— № 3(21).— С. 10 –15.
35. Шабейкин А.А. Анализ и оценка риска возникновения вспышек природно-очаговых зооантропонозных инфекций с использованием геоинформационных технологий / А.А. Шабейкин, А.М. Гулюкин, В.В. Белименко, М.И. Гулюкин // Гулюкин М.И. Научнообоснованная система противоэпизоотических мероприятий и современные способы диагностики, специфической профилактики и лечения инфекционных болезней домашних животных»: практическое руководство.- Новосибирск., 2019.-С. 68-79.
36. Asamoah JKK, Oduro FT, Bonyah E, Seidu B. Modelling of Rabies Transmission Dynamics Using Optimal Control Analysis. Journal of Applied Mathematics. 2017:1-23. doi:10.1155/2017/2451237
37. Fitzpatrick MC, Shah HA, Pandey A, et al. One Health approach to cost-effective rabies control in India. Proc Natl Acad Sci U S A. 2016;113 (51):14574-14581. doi:10.1073/pnas.1604975113
38. Bilinski AM, Fitzpatrick MC, Rupprecht CE, Paltiel AD, Galvani AP. Optimal frequency of rabies vaccination campaigns in Sub-Saharan Africa. Proc Biol Sci. 2016;283(1842):20161211. doi:10.1098/rspb.2016.1211
39. Hampson K, Abela-Ridder B, Bharti O, et al. Modelling to inform prophylaxis regimens to prevent human rabies. Vaccine. 2019;37 Suppl 1:A166-A173. doi:10.1016/j.vaccine.2018.11.010
40. Quiambao B, Varghese L, Demarteau N, et al. Health economic assessment of a rabies preexposure prophylaxis program compared with post-exposure prophylaxis alone in high-risk age groups in the Philippines. Int J Infect Dis. 2020;97:38-46. doi:10.1016/j.ijid.2020.05.062
41. Гулюкин, А.М. Экономический ущерб, причиняемый бешенством сельскохозяйственных животных в России / А.М. Гулюкин, Ю.И. Смолянинов, А.А. Шабейкин // Russian Journal of Agricultural and Socio-Economic Sciences.— 2016.— №8(56).— С. 34–38. doi:10.18551/ rjoas.2016-08.06
42. Полещук, Е.М. Итоги изучения антигенного и генетического разнообразия вируса бешенства в популяциях наземных млекопитающих России / Е.М. Полещук, Г.Н. Сидоров, С.В. Грибенча // Вопросы вирусологии.— 2013.— №3.— С. 9 –16.
43. Сравнительная молекулярногенетическая характеристика изолятов вируса бешенства (Rabies lyssavirus, Lyssavirus, Rhabdoviridae), циркулировавших на территории Российской Федерации в период с 1985 по 2016 год. / О.Н. Зайкова [и др.] // Вопросы вирусологии.— 2020. — №65(1).— С. 41–48. doi: 10.36233/0507-4088-2020-65-1-41-48
44. Baele G, Suchard MA, Rambaut A, Lemey P. Emerging Concepts of Data Integration in Pathogen Phylodynamics. Syst Biol. 2017;66(1):e47- e65. doi:10.1093/sysbio/syw054
45. Bourhy H, Nakoune E, Hall M, Nouvellet P, Lepelletier A, Talbi C, et al. (2016) Revealing the Micro-scale Signature of Endemic Zoonotic Disease Transmission in an African Urban Setting. PLoS Pathog 12(4): e1005525. doi:10.1371/journal.ppat.1005525
46. Gill MS, Lemey P, Bennett SN, Biek R, Suchard MA. Understanding Past Population Dynamics: Bayesian Coalescent-Based Modeling with Covariates. Syst Biol. 2016;65(6):1041- 1056. doi:10.1093/sysbio/syw050
47. Volz EM, Didelot X. Modeling the Growth and Decline of Pathogen Effective Population Size Provides Insight into Epidemic Dynamics and Drivers of Antimicrobial Resistance. Syst Biol. 2018;67(4):719-728. doi:10.1093/sysbio/syy007
48. Biek R, Henderson JC, Waller LA, Rupprecht CE, Real LA. A high-resolution genetic signature of demographic and spatial expansion in epizootic rabies virus. Proc Natl Acad Sci U S A. 2007;104 (19):7993-7998. doi:10.1073/pnas.0700741104
49. Clenet D, Vinit T, Soulet D, Maillet C, GuinetMorlot F, Saulnier A. Biophysical virus particle specific characterization to sharpen the definition of virus stability. Eur J Pharm Biopharm. 2018;132:62-69. doi:10.1016/j.ejpb.2018.08.006
50. Fernando BG, Yersin CT, José CB, Paola ZS. Predicted 3D Model of the Rabies Virus Glycoprotein Trimer. Biomed Res Int. 2016;2016:1674580. doi:10.1155/2016/1674580
Рецензия
Для цитирования:
Лобанова В.А. Математические подходы к профилактике бешенства. Международный вестник ветеринарии. 2021;(1):30-41.
For citation:
Lobanova V.A. Mathematical approaches to rabies prevention. International Journal of Veterinary Medicine. 2021;(1):30-41. (In Russ.)
Просмотров:
346
Послать статью по эл. почте 