RVF och andra nya infektionssjukdomar i Öst- och Centralafrika

STUDIEBAKGRUND

Regionen Öst- och Centralafrika (ECA) representerar en unik miljö för att undersöka underhåll och överföring av RVF-virus eftersom den har rapporterat det största antalet RVF-epidemier. Nyligen genomförda studier har identifierat hotspots som kännetecknas av kontinuerligt låga nivåer av virusinfektioner hos människor och boskap under interepidemiperioderna (IEP).

Även om får löper störst risk att drabbas av allvarlig sjukdom, är hur virus-värdinteraktioner skiljer sig mellan djurarter ett område för vidare forskning. Seroprevalens- och incidensstudier vid vilda djur, boskap, mänskligt gränssnitt är också viktiga för att förstå naturen av överföring mellan arter. Vår studie kommer att undersöka det folkhälsohot som RVFV utgör under IEPs genom att bestämma bördan av sjukdomar hos människor och boskap, och graden av ihållande virusöverföring i djurarter under kryptiska cykler. Detta kommer att ske genom övervakning bland människor, boskap och vilda djur. Att förstå virusunderhåll, särskilt inom miljön, vektorer och vilda djurpopulationer kommer att hjälpa till att identifiera potentiella riskfaktorer för RVFV-infektion för att förhindra framtida utbrott.

Även om sjukdomsförekomst bland djur ofta går obemärkt förbi på grund av otillräckliga djurövervakningssystem och låga nivåer av djurabort, kan mänsklig sjukdom vara den första indikationen på att RVF-virusförstärkning sker vid höga nivåer i en viss region. Dessutom kan förståelse av de sociala aspekterna av sjukdomsöverföring genom mänskliga studier som utforskar mänskligt beteende och kulturella metoder som leder till direkt exponering för infekterat djurblod, vävnader, sekret och utsöndringar ge värdefull information till sjukdomsspill över dynamiken. Ytterligare kunskap om hur vägar för mänsklig exponering t.ex. genom myggbett eller kontakt med infekterade djurprodukter påverka immunsvaret och sjukdomsutfall krävs. Detta kommer att öka de globala ansträngningarna för att förbereda och förhindra eventuell spridning av RVF-sjukdom till nya regioner.

Även om RVF kan vara en underdiagnostiserad orsak till febersjukdom inom ECA-regionen är det viktigt att överväga förekomsten av andra okända eller odiagnostiserade infektionssjukdomar. Allvarlig klinisk sjukdom på grund av en mängd olika patogener hos människor eller djur missas sannolikt i miljöer där tillgången till hälsovård är begränsad och diagnostik knappast. I synnerhet rapporterar flera studier från regionen låga nivåer av sjukhusbesök, särskilt bland marginaliserade samhällen, inklusive de i avlägsna och torra landsbygdsområden som har få hälsoinrättningar och dåligt fungerande transportinfrastruktur som avskräcker från att resa långa sträckor för att få tillgång till hälsovård. Över en tredjedel av de misstänkta infektionssjukdomarna bland människor förblir odiagnostiserade även när omfattande tester utförs; sålunda avslöjar många retrospektiva studier av framväxande patogener fall i regionen som inträffade långt innan patogenen identifierades och epidemier rapporterades.

HYPOTES OCH MÅL

Hypotes och mål

Vår arbetshypotes är att RVF-virus, som upprätthålls genom kryptisk cykling med ryggradsdjur och myggor under perioder mellan epidemier, är en betydande börda för folkhälsan. Det övergripande målet är att fastställa det folkhälsohot som RVF-viruset utgör under IEPs i regionen Öst- och Centralafrika och identifiera potentiella möjligheter för förebyggande och kontrollstrategier för att minska sannolikheten för större utbrott.

Primära mål

(i) Bestäm om lågnivåöverföring av RVF-virus och sjukdomar mellan eller mellan djur och människor inträffar under de interepidemiska perioderna (IEP)

(ii) Genomföra detaljerad nischmodellering av RVF högrisk- och lågriskekologier för att fastställa de viktiga ekologiska riskfaktorer som är förknippade med persistens av RVF-virus och återkommande utbrott hos djur och människor

(iii) Undersök klimatförändringarnas inverkan på RVF-tillåtande ekologier och dess effekt på RVF-virusöverföring

Sekundärt mål

(iv) Upptäcka patogener på prover från människor, boskap och vilda djur som samlats in från ECA-länder för att identifiera andra cirkulerande nya infektiösa patogener som har en epidemi- eller pandemipotential.

DESIGN OCH METODIK

Vi kommer att genomföra fältstudierna i fyra länder enligt nedan, men med förutsättningen att andra nya RVF-hotspots i regionen kan läggas till.

(i) Tanafloden, Marsabit, Isiolo och Murangá län i Kenya (ii) Kabale, Rubanda och Isingiro-distrikten i Uganda (iii) norra och södra Kivu-provinserna i DRC (iv) Alla andra platser i de fyra länderna som växer fram som en RVF-hotspot eller webbplats för

STUDIEPROCEDURER

1. Inom och öppenvårdsbaserade studier:

   Vi kommer att genomföra en 2-årig sjukhusbaserad studie på varje plats för att fastställa bördan av RVF-infektioner hos människor, riskfaktorer förknippade med infektion och sjukdomens svårighetsgrad under IEP. En provstorlek på 707-1 500 mänskliga deltagare kommer att rekryteras under de 2 åren på varje plats, baserat på antaganden om RVFV-seroprevalens. Vid varje vårdinrättning kommer longitudinell akut febersjukdom (AFI) övervakning att upprättas. Patienter, både vuxna och barn med akut feber eller rapporterad feber under de senaste 4 veckorna, kommer att inkluderas prospektivt under en period av två år för att fånga säsongsvariationer. Vi kommer att fokusera på fall av odifferentierad feber, därav kommer de med en tydligt definierad klinisk sjukdom, till exempel malaria, en akut övre luftvägsinfektion eller urinvägsinfektion, att uteslutas. Däremot kommer tjugo procent av proverna från patienter som testar positivt för malaria genom snabbt diagnostiskt test eller blodutstryk att ingå i studien eftersom det finns gemensamma riskfaktorer för både malaria- och RVF-infektion. En klinisk historia och fysisk undersökning av en läkare/sjuksköterska på plats kommer att ge information om kliniska manifestationer och sjukdomens svårighetsgrad. Samtyckande patienter kommer att inkluderas, serum samlas in och testas för RVFV-RNA och IgM- och IgG-antikroppar. Konvalescentserum kommer att samlas in 4 veckor efter inskrivningsdatumet för RVFV-antikroppar. Dessutom kan individen kontaktas för att tillhandahålla blodprov upp till 24 månader efter registreringen för analys av perifera mononukleära blodceller (PBMC). Proverna kommer också att testas för annan etiologi för akut febersjukdom, inklusive brucellos, q-feber, coronavirus och potentiellt andra nya och framväxande patogener med molekylära metoder. Med hjälp av ett standardformulär kommer vi att samla in information om kontakt med husdjur inklusive assistans vid födseln, slakt, hantering av hudar och skinn och konsumtion av obehandlad mjölk eller blod. Data om kontakt med vilda djur inklusive att äta bush meat kommer också att samlas in.

2. Samhällsstudier:

   För att fastställa sjukdomsbördan hos boskap kommer 2 - 6 tvärsnittsundersökningar på varje plats att genomföras under 5 år, främst under regnperioder. Djurprovstorleken, med antagande av en genomsnittlig RVF-seroprevalens på 4 %, precision på 2 %, konfidensnivå på 95 % och kraft på minst 80 % är 369 djur per undersökning. För att ta hänsyn till besättningskluster ingår en designeffekt på 1,5 för totalt 554 djur per plats för varje undersökning. Antalet nötkreatur, får och getter kommer att väljas i proportion till djurarternas populationsstorlek i området. Om inga djurräkningar finns tillgängliga i ett område kommer antalet djur per art att delas lika (ca. 185 djur av varje art). På Marsabitplatsen kommer kameler att ingå. I början av undersökningen kommer vi att ta fram en urvalsram av antalet hushåll på studieplatsen. För att ge ett geografiskt representativt urval kommer hushållen att väljas slumpmässigt från studieplatsen. Djurrasen, vare sig den är exotisk eller inhemsk, kommer att fångas. Boskapsblodprover kommer att samlas in och testas för RVFV-RNA och antivirala IgM- och IgG-antikroppar.

   Hushållsmedlemmarna på de utvalda fältställena kommer att inkluderas i en seroprevalens (och serokonvertering) studie för att kunna koppla samman djur-, vektor- och humaninfektion. Alla medgivande hushållsmedlemmar kommer att inkluderas. Varje deltagare kommer att ge ett prov för serologisk analys och socialt beteende kommer att bedömas, med hjälp av standardenkäten - för att samla in information om kontakt med husdjur, inklusive hjälp med födseln, slakt, hantering av hudar och skinn och konsumering av obehandlad mjölk eller blod. Data om kontakt med vilda djur inklusive att äta bush meat kommer också att samlas in.

3. Slakthusstudier:

   Provtagning av nötkreatur och getter kommer också att utföras på slakterier i Goma. De flesta av dessa djur kommer från grannländerna. Får som sällan slaktas på Goma kommer också att provtas när det finns tillgängligt. Slakthusprovtagning kommer att genomföras vid samma tillfälle med boskapsprovtagning. Alla prover analyserades med serologiska och molekylära tekniker för detektion av anti-RVFV-antikroppar och RVFV-nukleinsyra.

4. Provtagning av vilda djur:

   Bekväm provtagning av vilda djur kommer att utföras på fältet eller närliggande nationella naturskyddsområden i Kenya, Uganda, Tanzania och DRC. Primärt blod-/serumprover som samlats in av viltvårdare under djursjukdomsövervakning och/eller translokation; och blod-/serum- och vävnadsprover från döda eller dödade vilda djur kommer att samlas in. Vi kommer också att få arkiverade prover från dessa platser. Proverna kommer att testas för RVF RNA och antikroppar, och för upptäckt av patogener för att upptäcka andra cirkulerande framväxande patogener.

5. Vektorstudier:

   Vårt tillvägagångssätt för att undersöka vektorers roll i kryptiska cykler under IEPs kommer att styras av det faktum att endast en liten del av myggorna normalt är infekterade, även under epidemier. För att identifiera vilka områden som ska testas för förekomst av infekterade myggor kommer vi därför att tolka akuta RVFV-infektioner (närvaro av viralt RNA) som ett mått på närvaron av infekterade myggor och överföring av mygga till ryggradsdjur. I dessa områden med akut RVFV-infektion kommer vi att samla in och testa myggbassänger i samhällets betesområden och hushåll under boskapsprovtagning, identifiera arten och testa för RVFV-RNA.

   Eftersom det är svårt att etablera kolonier av de kända RVF-vektorerna, Aedes mcintoshi och Aedes ochraceus, för laboratoriestudier kommer vi att genomföra lämplighetsstudier på fältet med två tillvägagångssätt. För det första kommer ägg och larver av myggor att samlas in under långa (april - juli) och korta (oktober - november) regn från dambos som ligger på låg höjd på alla fem fältplatserna i Kenya, Uganda, Tanzania och DRC och geokoder registrerade i områden runt studieplatsen som har jordtyperna solonetz, planosol, solonchak eller vertisol. Larver i 3:e, 4:e stadiet och puppor kommer att samlas in med hjälp av doppare i virvelpåsar av plast för transport (i kylboxar) till laboratoriet. Väl i laboratoriet kommer de omogna att födas upp till vuxna och sedan identifieras morfologiskt. Vuxna myggor runt dambos livsmiljöer kommer att provtas med luktbetade fällor inklusive samlingar av de som vilar på vegetation med ryggsäckssug för eventuell transport och sortering efter plats och art. De fysikalisk-kemiska egenskaperna hos vatten från utvalda dambos kommer att bestämmas och jordtyperna identifieras. Vatten från var och en av dambos kommer att bli föremål för headspace volatile trapping och kemiska analyser för att identifiera potentiella äggläggningssignaler för eventuell utveckling av verktyg för att övervaka gravida myggkohorter.

   För vektoranpassningsstudier kommer A. mcintoshi och A. ockraceösa myggor som samlats in från de fem fältplatserna att utsättas för de förväntade temperaturerna och nederbörden/vattenförhållandena och deras anpassningsförmåga bedöms. Bedömning av anpassningsförmåga kommer att omfatta observationer av total överlevnad, äggöverlevnad, förändringar i bitvanor, matpreferenser och vilobeteende i en kontrollerad miljö.

6. RVF-modelleringsstudier:

   Modelleringsstudier stöder RVFV-överföring under IEPs i områden associerade med RVF-epidemier. Studierna förutspår att den kontinuerliga cyklingen av RVFV drivs av närvaron av myggvektorer under hela året (men varierande täthet), och snabb omsättning av boskapspopulationer, särskilt får, getter och nötkreatur för att upprätthålla den höga besättningskänslighet som krävs för nya infektioner. Vi kommer att använda matematisk modellering för att förutsäga tidslinjerna och platserna för stora RVF-epidemier av människor och husdjur; dessa data kommer i sin tur att styra förebyggande och kontrollinsatser. Vi kommer att undersöka varför det finns områden med RVF-cirkulation men inga uppenbara mänskliga infektioner med tanke på att vissa av dessa områden ligger i anslutning till områden där epidemier förekommer. Detta är viktigt eftersom det är möjligt att RVFV som cirkulerar på låga nivåer har potential att orsaka mänskliga epidemier under El Nino-händelser. Människo-, boskaps- och vektordata från alla fältplatser som genomför RVFV-överföringsstudier kommer att matas in i modellen. Modellparametrar kommer att optimeras genom att anpassa simuleringar till fältobservationer (t.ex. seroprevalensdata hos människor eller boskap) med användning av Bayesianska inferenstekniker (t.ex. MCMC- och POMP-modeller). Jämförande analys av alla studieplatser kommer att hjälpa till att belysa faktorerna som är förknippade med RVFV-överföring och uppkomst. Modellen kommer att beakta data från områden som är associerade med RVFV-epidemier (t.ex. Tanafloden i Kenya och Kabale-distriktet i Uganda), och områden där viruscirkulation är uppenbar men inga epidemier har inträffat (t.ex. Udzungwa-bergen i Tanzania) för att förstå skillnader i transmissionsdynamik. Dessa data kan ge nya insikter om epidemierisken. Jämförande analys kommer att undersöka den spatio-temporala heterogeniteten av överföring i de fyra länderna. Andra viktiga data som ska samlas in från våra fältstudier och publicerad litteratur inkluderar vektorarter/vektortäthet/vektor RVFV-positivitet, djurnärvaro/djurtäthet/djur RVFV-positivitet, människa-djurkontakt, populationstäthet/populationspositivitet, spektrum av sjukdomspresentation och svårighetsgrad, samcirkulation av andra arbovirus och genetisk karakterisering av RVFV inom olika områden.

7. Testning av arkiverade prover:

Detta tillvägagångssätt kommer att användas i DRC med hjälp av prover som samlats in från följande studier:

Studie A: En tvärsnittsstudie inklusive akuta febersyndrom i öppenvård hos både barn och vuxna, mellan november 2015 och juni 2016 i Kinshasa, DRC: 342 patienter, i åldern 2 till 68 år, inkluderades. Studien registrerades i ett offentligt arkiv (https://www.clinicaltrials.gov/ct2/show/NCT02656862); och finansieras enligt ramavtal mellan Institutet för tropisk medicin och det belgiska utvecklingssamarbetet och Vlaamse Interuniversitaire Raad - Universitaire Ontwikkelingssamenwerking (VLIR-UOS, Grant reference ZRDC2014MP083). Dessa prover kommer att analyseras med hjälp av serologiska och molekylära tekniker för detektion av anti-RVF-antikroppar eller RVFV-nukleinsyra.

Studie B: Arkiverade prover samlades in från nötkreatur och getter i Goma slakterier och på nötkreatursgårdar i norra Kivu-provinsen 2017. Vissa av dessa djur kommer från grannländerna och tillhandahåller användbart material för att bedöma risken för RVFV-cirkulation i regionen. Serologiska och molekylära tekniker kommer att användas för detektion av anti-RVF-antikroppar och RVFV-nukleinsyra.

Studie C: Arkiverade prover som samlats in från vilda djur i Virunga Park och förvaras på veterinärlaboratoriet i Goma kommer att screenas för närvaron av anti-RVF-antikroppar och RVFV-nukleinsyra. De flesta av dessa prover härrörde från icke-mänskliga primater uppvuxna i nära kontakt med den lokala befolkningen. Sådana prover kommer att ge användbar information om cirkulationen av RVF vid gränssnittet mellan vilda djur och människor inom viltparken.