RVF og andre nye infeksjonssykdommer i Øst- og Sentral-Afrika

STUDIEBAKGRUNN

Regionen Øst- og Sentral-Afrika (ECA) representerer et unikt miljø for å undersøke vedlikehold og overføring av RVF-virus, ettersom den har rapportert det største antallet RVF-epidemier. Nyere studier har identifisert hotspots preget av kontinuerlig lave nivåer av virusinfeksjoner hos mennesker og husdyr under interepidemiperioder (IEP).

Selv om sauer har størst risiko for alvorlig sykdom, er hvordan virus-vert-interaksjoner varierer mellom dyrearter et område for videre forskning. Seroprevalens- og forekomststudier ved dyrelivet, husdyr, menneskelig grensesnitt er også viktige for å forstå arten av overføring mellom arter. Vår studie vil undersøke folkehelsestrusselen som utgjøres av RVFV under IEPs ved å bestemme byrden av mennesker og husdyrsykdommer, og graden av vedvarende virusoverføring i dyrearter under kryptiske sykluser. Dette skal gjennomføres gjennom overvåking blant mennesker, husdyr og dyreliv. Å forstå virusvedlikehold, spesielt innenfor miljøet, vektorer og dyrelivspopulasjoner vil hjelpe til med å identifisere potensielle risikofaktorer for RVFV-infeksjon for å forhindre fremtidige utbrudd.

Mens sykdomsforekomst blant dyr ofte kan gå ubemerket hen på grunn av utilstrekkelige dyreovervåkingssystemer og lave nivåer av dyreabort, kan menneskelig sykdom være den første indikasjonen på at RVF-virusamplifisering skjer ved høye nivåer i en bestemt region. Videre kan forståelse av de sosiale aspektene ved sykdomsoverføring gjennom menneskelige studier som utforsker menneskelig atferd og kulturell praksis som fører til direkte eksponering for infisert dyreblod, vev, sekreter og ekskresjoner gi verdifull informasjon til sykdomssøl over dynamikk. Ytterligere kunnskap om hvordan veier for eksponering av mennesker f.eks. gjennom myggstikk eller kontakt med infiserte animalske produkter påvirke immunresponsen og sykdomsutfall er nødvendig. Dette vil styrke den globale innsatsen for å forberede og forhindre mulig spredning av RVF-sykdom til nye regioner.

Mens RVF kan være en underdiagnostisert årsak til febril sykdom i ECA-regionen, er det viktig å vurdere forekomsten av andre ukjente eller udiagnostiserte infeksjonssykdommer. Alvorlig klinisk sykdom på grunn av en rekke patogener hos mennesker eller dyr er mest sannsynlig savnet i miljøer hvor tilgangen til helsetjenester er begrenset og diagnostikk knappe. Spesielt rapporterer flere studier fra regionen lave nivåer av sykehusbesøk, spesielt blant marginaliserte samfunn, inkludert de i avsidesliggende landlige tørre land som har få helsefasiliteter og dårlig fungerende transportinfrastruktur som fraråder å reise lange avstander for å få tilgang til helsetjenester. Over en tredjedel av mistenkte infeksjonssykdommer blant mennesker forblir udiagnostisert selv når det utføres betydelige tester; derfor avdekker mange retrospektive studier av nye patogener tilfeller i regionen som skjedde lenge før patogenet ble identifisert og epidemier rapportert.

HYPOTESE OG MÅL

Hypotese og mål

Arbeidshypotesen vår er at RVF-virus, vedlikeholdt gjennom kryptisk virveldyr-mygg-sykling i perioder mellom epidemiske perioder, er en betydelig folkehelsebelastning. Det overordnede målet er å bestemme folkehelsestrusselen som utgjøres av RVF-virus under IEPs i Øst- og Sentral-Afrika-regionen og identifisere potensielle muligheter for forebyggings- og kontrollstrategier for å redusere sannsynligheten for større utbrudd.

Primære mål

(i) Bestem om lav-nivå RVF-virusoverføring og sykdom blant eller mellom dyr og mennesker forekommer i de inter-epidemiiske periodene (IEPs)

(ii) Gjennomføre detaljert nisjemodellering av RVF-økologier med høy risiko og lav risiko for å bestemme de viktige økologiske risikofaktorene forbundet med persistens av RVF-virus og tilbakefall av utbrudd hos dyr og mennesker

(iii) Undersøke virkningen av klimaendringer på RVF-permissive økologier og dens effekt på RVF-virusoverføring

Sekundært mål

(iv) Gjennomføre patogenfunn på prøver fra mennesker, husdyr og dyreliv samlet fra ECA-land for å identifisere andre sirkulerende nye smittsomme patogener som har epidemisk eller pandemipotensial.

DESIGN OG METODIKK

Vi vil gjennomføre feltstudiene i fire land som listet nedenfor, men med den forståelse at andre nye RVF-hotspots i regionen kan bli lagt til.

(i) Tana-elven, Marsabit, Isiolo og Murangá fylker i Kenya (ii) Kabale, Rubanda og Isingiro-distriktene i Uganda (iii) Nord- og Sør-Kivu-provinsene i DRC (iv) Ethvert annet sted i de 4 landene som fremstår som et RVF-hotspot eller nettstedet til

STUDIEPROSEDYRER

1. Studier i og polikliniske helseinstitusjoner:

   Vi vil gjennomføre en 2-årig sykehusbasert studie på hvert sted for å bestemme byrden av RVF-infeksjoner hos mennesker, risikofaktorer forbundet med infeksjon og alvorlighetsgraden av sykdom under IEPs. En prøvestørrelse på 707-1500 menneskelige deltakere vil bli rekruttert over de 2 årene på hvert sted, basert på antakelser om RVFV-seroprevalens. Ved hvert helseinstitusjon vil det etableres longitudinell akutt febril overvåking (AFI). Pasienter, både voksne og barn med akutt feber eller rapportert feber de siste 4 ukene, vil bli inkludert prospektivt over en periode på to år for å fange opp sesongvariasjoner. Vi vil fokusere på tilfeller av udifferensiert feber, derav de med en klart definert klinisk sykdom, for eksempel malaria, en akutt øvre luftveisinfeksjon eller urinveisinfeksjon vil bli ekskludert. Imidlertid vil tjue prosent av prøvene fra pasienter som tester positivt for malaria ved hurtigdiagnostisk test eller blodutstryk inkluderes i studien da det er vanlige risikofaktorer for både malaria og RVF-infeksjon. En klinisk anamnese og fysisk undersøkelse av en klinisk offiser/sykepleier på bakken vil gi informasjon om klinisk manifestasjon og alvorlighetsgrad av sykdom. Pasienter som samtykker, vil bli registrert, serum samlet inn og testet for RVFV RNA og IgM og IgG antistoffer. Rekonvalescent serum vil bli samlet inn 4 uker etter dato for registrering for RVFV-antistoffer. I tillegg kan personen kontaktes for å gi blodprøver opptil 24 måneder etter registrering for analyse av perifere mononukleære blodceller (PBMC). Prøvene vil også bli testet for annen etiologi for akutt febril sykdom, inkludert brucellose, q-feber, koronavirus og potensielt andre nye og nye patogener ved hjelp av molekylære metoder. Ved hjelp av et standard spørreskjema vil vi samle inn informasjon om kontakt med husdyr, inkludert assistanse ved fødsel, slakting, håndtering av huder og skinn og inntak av rå melk eller blod. Data om kontakt med dyreliv inkludert å spise bush meat vil også bli samlet inn.

2. Samfunnsstudier:

   For å bestemme sykdomsbyrden hos husdyr, vil 2 - 6 tverrsnittsundersøkelser på hvert sted bli utført over 5 år, primært i regntiden. Størrelsen på husdyrprøven, forutsatt en gjennomsnittlig RVF-seroprevalens på 4 %, presisjon på 2 %, konfidensnivå på 95 % og kraft på minst 80 % er 369 dyr per undersøkelse. For å ta høyde for flokkklynger er en designeffekt på 1,5 inkludert for totalt 554 dyr per lokalitet for hver undersøkelse. Antall storfe, sauer, geiter vil bli valgt proporsjonalt med dyreartens bestandsstørrelse i området. Der det ikke er tilgjengelige dyretellinger i et område, vil antall dyr per art deles likt (ca. 185 dyr av hver art). På Marsabit-stedet vil kameler inkluderes. Ved oppstart av undersøkelsen vil vi utvikle en utvalgsramme for antall husstander i studiestedet. For å gi et geografisk representativt utvalg, vil husholdninger bli tilfeldig valgt fra studiestedet. Dyrerasen, enten den er eksotisk eller urfolk, vil bli fanget. Blodprøver fra husdyr vil bli samlet inn og testet for RVFV RNA og antivirale IgM og IgG antistoffer.

   Husstandsmedlemmene på de utvalgte feltstedene vil bli inkludert i en seroprevalens (og serokonvertering) studie, for å kunne koble infeksjoner hos dyr, vektorer og mennesker. Alle husstandsmedlemmer som har samtykket vil bli inkludert. Hver deltaker vil gi en prøve for serologisk analyse og sosial atferd vil bli vurdert, ved hjelp av standard spørreskjema - for å samle informasjon om kontakt med husdyr inkludert assistanse med fødsel, slakting, håndtering av huder og skinn, og inntak av rå melk eller blod. Data om kontakt med dyreliv inkludert å spise bush meat vil også bli samlet inn.

3. Slaktehusstudier:

   Prøvetaking av storfe og geiter vil også bli utført ved slakterier i Goma. De fleste av disse dyrene kommer fra nabolandene. Sauer som sjelden slaktes på Goma vil også prøves når det er tilgjengelig. Det vil bli gjennomført slakteriprøvetaking ved samme anledning med husdyrprøvetaking. Alle prøvene ble analysert ved bruk av serologiske og molekylære teknikker for påvisning av anti-RVFV-antistoffer og RVFV-nukleinsyre.

4. Prøvetaking av dyreliv:

   Praktisk dyrelivsprøvetaking vil bli utført på feltområdene eller nærliggende nasjonale verneområder i Kenya, Uganda, Tanzania og DRC. Primært blod-/serumprøver samlet av dyrelivsoffiserer under overvåking av dyresykdommer og/eller translokasjon; og blod/serum og vevsprøver fra dødt eller drept dyreliv vil bli samlet inn. Vi vil også innhente arkiverte prøver fra disse stedene. Prøvene vil bli testet for RVF RNA og antistoffer, og for oppdagelse av patogener for å oppdage andre sirkulerende nye patogener.

5. Vektorstudier:

   Vår tilnærming til å undersøke vektorers rolle i kryptiske sykluser under IEPs vil bli styrt av det faktum at bare en liten andel av myggene normalt er infisert, selv under epidemier. For å identifisere hvilke områder som skal testes for tilstedeværelse av infiserte mygg, vil vi derfor tolke akutte RVFV-infeksjoner (tilstedeværelse av viralt RNA) som et mål på tilstedeværelse av infiserte mygg og overføring av mygg til virveldyr. I disse områdene med akutt RVFV-smitte vil vi samle inn og teste myggbassenger i fellesskapets beiteområder og husholdninger under husdyrprøvetaking, identifisere arten og teste for RVFV RNA.

   Siden det er vanskelig å etablere kolonier av de kjente RVF-vektorene, Aedes mcintoshi og Aedes ochraceus, for laboratoriestudier, vil vi gjennomføre egnethetsstudier i feltet ved hjelp av to tilnærminger. For det første vil egg og larver av mygg samles inn i løpet av det lange (april – juli) og korte (oktober – november) regnet fra damboer som ligger i lav høyde på alle fem feltområdene i Kenya, Uganda, Tanzania og DRC, og geokoder registrert i områder rundt studiestedet som har jordtyper solonetz, planosol, solonchak eller vertisol. Larver i 3., 4. stadier og pupper vil bli samlet ved hjelp av dippere i virvelpakkeposer av plast for transport (i kjølebokser) til laboratoriet. Når de er i laboratoriet, vil de umodne bli oppdrettet til voksne og deretter identifisert morfologisk. Voksne mygg rundt dambo-habitater vil bli tatt prøver ved hjelp av lukt-agnfeller, inkludert samlinger av de som hviler på vegetasjon ved bruk av ryggsekkaspiratorer for eventuell transport og sortering i henhold til sted og art. De fysisk-kjemiske egenskapene til vann fra utvalgte damboer vil bli bestemt og jordtypene identifisert. Vann fra hver av damboene vil bli gjenstand for flyktig fangst i headspace og kjemiske analyser for å identifisere potensielle eggleggingssignaler for eventuell utvikling av verktøy for overvåking av gravide myggkohorter.

   For vektortilpasningsstudier vil A. mcintoshi og A. okkeraktig mygg samlet fra de fem feltstedene bli utsatt for forventede temperaturer og nedbør/vannforhold og deres tilpasningsevne vurdert. Vurdering av tilpasningsevne vil inkludere observasjoner av total overlevelse, eggoverlevelse, endringer i bitevaner, matpreferanser og hvileatferd i et kontrollert miljø.

6. RVF-modelleringsstudier:

   Modelleringsstudier støtter RVFV-overføring under IEPs i områder assosiert med RVF-epidemier. Studiene forutsier at den kontinuerlige syklingen av RVFV drives av tilstedeværelsen av myggvektorer gjennom året (men varierende tetthet), og rask omsetning av husdyrpopulasjoner, spesielt sauer, geiter og storfe for å opprettholde den høye besetningsmottakeligheten som kreves for nye infeksjoner. Vi vil bruke matematisk modellering for å forutsi tidslinjene og plasseringen av store RVF menneske- og husdyrepidemier; disse dataene vil igjen lede forebyggings- og kontrollarbeidet. Vi vil undersøke hvorfor det er områder med RVF-sirkulasjon, men ingen tilsynelatende menneskelige infeksjoner tatt i betraktning at noen av disse områdene ligger i tilknytning til områder der epidemier forekommer. Dette er viktig siden det er mulig at RVFV som sirkulerer på lave nivåer har potensial til å forårsake menneskelige epidemier under El Nino-hendelser. Menneske-, husdyr- og vektordata fra alle feltsteder som utfører RVFV-overføringsstudier vil bli matet inn i modellen. Modellparametere vil bli optimalisert ved å tilpasse simuleringer til feltobservasjoner (f.eks. seroprevalensdata hos mennesker eller husdyr) ved bruk av Bayesianske inferensteknikker (f.eks. MCMC- og POMP-modeller). Sammenlignende analyse av alle studiesteder vil bidra til å belyse faktorene knyttet til RVFV-overføring og fremvekst. Modellen vil ta hensyn til data fra områder assosiert med RVFV-epidemier (f.eks. Tana-elven i Kenya og Kabale-distriktet i Uganda), og områder hvor virussirkulasjon er tydelig, men ingen epidemier har forekommet (f. Udzungwa-fjellene i Tanzania) for å forstå forskjeller i overføringsdynamikk. Disse dataene kan gi ny innsikt om epidemirisikoen. Komparativ analyse vil se på den romlige og tidsmessige heterogeniteten av overføring i de fire landene. Andre viktige data som skal samles inn fra våre feltstudier og publisert litteratur inkluderer vektorarter/vektortetthet/vektor RVFV-positivitet, dyrs tilstedeværelse/dyretetthet/dyr RVFV-positivitet, menneske-dyr-kontakt, populasjonstetthet/populasjonspositivitet, spektrum av sykdomspresentasjon og alvorlighetsgrad, samsirkulasjon av andre arbovirus og genetisk karakterisering av RVFV i ulike områder.

7. Testing av arkiverte prøver:

Denne tilnærmingen vil bli brukt i DRC ved å bruke prøver samlet fra følgende studier:

Studie A: En tverrsnittsstudie inkludert polikliniske akutte febersyndromer hos både barn og voksne, mellom november 2015 og juni 2016 i Kinshasa, DRC: 342 pasienter i alderen 2 til 68 år ble inkludert. Studien ble registrert i et offentlig depot (https://www.clinicaltrials.gov/ct2/show/NCT02656862); og finansiert under rammeavtale mellom Institutt for tropisk medisin og det belgiske utviklingssamarbeidet og Vlaamse Interuniversitaire Raad - Universitaire Ontwikkelingssamenwerking (VLIR-UOS, Grant reference ZRDC2014MP083). Disse prøvene vil bli analysert ved bruk av serologiske og molekylære teknikker for påvisning av anti-RVF-antistoffer eller RVFV-nukleinsyre.

Studie B: Arkiverte prøver ble samlet inn fra storfe og geiter i Goma-slagterier, og på storfefarmer i Nord-Kivu-provinsen i 2017. Noen av disse dyrene stammer fra nabolandene og gir nyttig materiale for å vurdere risikoen for RVFV-sirkulasjon i regionen. Serologiske og molekylære teknikker vil bli brukt for påvisning av anti-RVF-antistoffer og RVFV-nukleinsyre.

Studie C: Arkiverte prøver samlet inn fra ville dyr i Virunga Park og holdt ved Veterinærlaboratoriet i Goma vil bli screenet for tilstedeværelsen av anti-RVF-antistoffer og RVFV-nukleinsyre. De fleste av disse prøvene stammet fra ikke-menneskelige primater oppdratt i nær kontakt med lokalbefolkningen. Slike prøver vil gi nyttig informasjon om sirkulasjonen av RVF ved grensesnittet vill dyr - menneske i viltparken.