Nội dung được dịch bởi AI, chỉ mang tính chất tham khảo
Một cuộc thử nghiệm về các mô hình dựa trên tác nhân như một công cụ dự đoán các mô hình truyền bula trong các cảnh quan phức tạp
Tóm tắt
Độ phức tạp của cảnh quan có thể làm giảm hoặc tạo thuận lợi cho sự phân tán của vật chủ, ảnh hưởng đến các mô hình lây truyền của tác nhân gây bệnh. Việc truyền bá không gian của các tác nhân gây bệnh qua các cảnh quan, do đó, là một khía cạnh quan trọng nhưng chưa được làm sáng tỏ hoàn toàn về động lực lây truyền. Sử dụng một mô hình dựa trên tác nhân (LiNK) kết hợp dữ liệu GIS, chúng tôi đã xem xét ảnh hưởng của thông tin cảnh quan đến các mô hình không gian của chuyển động vật chủ và lây truyền tác nhân gây bệnh trong một hệ thống các loài khỉ macaque đuôi dài và các loại ký sinh trùng đường ruột của chúng. Chúng tôi đã xem xét vai trò của cảnh quan để xác định bất kỳ hiệu ứng cá nhân hoặc cộng gộp nào về chuyển động của vật chủ. Sau đó, chúng tôi so sánh khoảng cách phân tán theo mô hình với các mô hình lưu thông gen thực tế của khỉ macaque để xác nhận các dự đoán của mô hình cũng như hiểu vai trò của từng cách sử dụng đất đối với việc phân tán. Cuối cùng, chúng tôi đã so sánh tốc độ và sự lây lan của hai loại ký sinh trùng đường ruột, Entamoeba histolytica và E. dispar, để hiểu cách mà độ phức tạp của cảnh quan ảnh hưởng đến các mô hình không gian của lây truyền tác nhân gây bệnh. LiNK đã ghi lại các thuộc tính xuất hiện của cảnh quan, cho thấy rằng các hiệu ứng tương tác giữa các lớp cảnh quan có thể làm giảm tỷ lệ nhiễm trùng theo một cách không cộng gộp. Chúng tôi cũng phát hiện ra rằng việc đưa thông tin cảnh quan vào giúp đoán chính xác mô hình phân tán của khỉ macaque qua một cảnh quan phức tạp, điều này được xác nhận bởi các bài kiểm tra Mantel so sánh khoảng cách di truyền và khoảng cách phân tán được mô phỏng. Cuối cùng, chúng tôi đã chỉ ra rằng độ không đồng nhất của cảnh quan là một rào cản đáng kể đối với một tác nhân gây bệnh có virulency cao, hạn chế khả năng phân tán của vật chủ và do đó, truyền của chính nó đến các quần thể xa xôi. Độ phức tạp của cảnh quan đóng một vai trò quan trọng trong việc xác định con đường phân tán của vật chủ và các mô hình lây truyền của tác nhân gây bệnh. Việc kết hợp tính không đồng nhất của cảnh quan và hành vi của vật chủ trong các quyết định quản lý dịch bệnh có thể rất quan trọng trong việc nhắm mục tiêu các nỗ lực ứng phó, xác định các cơ hội lây truyền ẩn và giảm thiểu hoặc hiểu các hệ quả sinh thái và tiến hóa không mong muốn.
Từ khóa
Tài liệu tham khảo
Hess GR, Randolph SE, Arneberg P, Chemini C, Furlanello C, Harwood J, Roberts MG, Swinton J: Spatial aspects of disease dynamics. The Ecology of Wildlife Diseases. Edited by: Hudson PJ, Rizzolo A, Grenfell BT, Heesterbeek H, Dobson AP. 2001, Oxford, UK: Oxford University Press, 102-118.
Lam SK, Chua KB: Nipah virus encephalitis outbreak in Malaysia. Clin Infect Dis. 2002, 34 (S2): S48-S51. 10.1086/338818.
Riley S: Large-scale spatial-transmission models of infectious disease. Science. 2007, 316: 1298-1301. 10.1126/science.1134695.
Real LA, Biek R: Spatial dynamics and genetics of infectious disease on heterogeneous landscapes. J R Soc Interface. 2007, 4: 935-948. 10.1098/rsif.2007.1041.
Crais RF, Ellis JH, Glass GE: Forecasting the geographical spread of smallpox cases by air travel. Epidemiol Infect. 2003, 131: 849-857. 10.1017/S0950268803008811.
Crowl TA, Crist TO, Parmenter RR, Belovsky G, Lugo AE: The spread of invasive species and infectious disease as drivers of ecosystem change. Front Ecol Environ. 2008, 6 (5): 238-246. 10.1890/070151.
Keeling MJ, Woolhouse MEJ, Shaw DJ, Matthews L, Chase-Topping M, Haydon DT, Cornell ST, Kappey J, Wilesmith J, Grenfell BT: Dynamics of the 2001 UK foot and mouth epidemic: stochastic dispersal in a heterogeneous landscape. Science. 2001, 294: 813-817. 10.1126/science.1065973.
Atti ML C d, Merler S, Rizzo C, Ajelli M, Massari M, Manfredi P, Furlanello C, Scalia Tombo G, Ianelli M: Mitigation measures for pandemic influenza in Italy: An individual based model considering different scenarios. PLoS One. 2008, 3 (3): 1-11.
Remais J, Akullian A, Ding L, Seto E: Analytical methods for quantifying environmental connectivity for the control and surveillance of infectious disease spread. J R Soc Interface. 2010, 7: 1181-1193. 10.1098/rsif.2009.0523.
Muller G, Grebaut P, Gouteux JP: An agent-based model of sleeping sickness: simulation trials of a forest focus in southern Cameroon. J R Biologies. 2004, 327: 1-11. 10.1016/j.crvi.2003.12.002.
Grenfell BT, Dobson AP: Ecology of Infectious Diseases in Natural Populations. 1995, Cambridge: Cambridge University Press
Morens DM, Folkers GK, Fauci AS: The challenge of emerging and re-emerging infectious diseases. Nature. 2004, 430: 242-249. 10.1038/nature02759.
Jones KE, Patel NG, Levy MA, Storeygard A, Balk D, Gittleman JL: Global trends in emerging infectious diseases. Nature. 2008, 451: 990-994. 10.1038/nature06536.
Eisenberg JNS, Brookhart MA, Rice G, Brown M, Colford JM: Disease transmission models for public health decision making: Analysis of epidemic and endemic conditions caused by waterborne pathogens. Environ Health Persp. 2002, 110 (8): 783-790. 10.1289/ehp.02110783.
Patz JA, Daszak P, Tabor GM, Aguirre AA, Pearl M, Epstein J, Wolfe ND, Kilpatrick AM, Foufopoulos J, Molyneux D, Bradley DH, Members of the Working Group on Land Use Change Disease Emergence: Unhealthy Landscapes: Policy Recommendations on Land Use Change and Infectious Disease Emergence. Environ Health Persp. 2004, 112 (10): 1092-1098. 10.1289/ehp.6877.
Koopman JS: Modeling Infection Transmission – the Pursuit of Complexities That Matter. Epidemiology. 2002, 13 (6): 622-624. 10.1097/00001648-200211000-00004.
Koopman JS, Lynch JW: Individual causal models and population system models in epidemiology. Am J Public Health. 1999, 89 (8): 1170-1174. 10.2105/AJPH.89.8.1170.
Rogers DJ, Randolph SE: Studying the global distribution of infectious diseases using GIS and RS. Nat Rev Microbiol. 2003, 1: 231-237. 10.1038/nrmicro776.
Colwell RR: Global climate change and infectious disease: the cholera paradigm. Science. 1996, 274: 2025-2031. 10.1126/science.274.5295.2025.
Eisen RJ, Enscore RE, Biggerstaff BJ, Reynolds PJ, Ettestad P, Brown T, Pape J, Tanda D, Levy CE, Engelthaler DM, Cheek J, Bueno R, Targhetta J, Montenieri JA, Gage KL: Human plague in the southwestern United States, 1957–2004: spatial models of elevated risk of human exposure to Yersinia pestis. J of Med Entomol. 2007, 44 (3): 530-537. 10.1603/0022-2585(2007)44[530:HPITSU]2.0.CO;2.
Mungrue K, Mahabir R: The rabies epidemic in Trinidada of 1923 to 1937: an evaluation with a geographic information system. Wild Environ Med. 2009, doi:10.1016/j.wem.2010.11.001
Castillo-Riquelme M, Chalabi Z, Lord J, Guhl F, Campbell-Lendrum D, Davies C, Fox-Rushby J: Modelling geographic variation in the cost-effectiveness of control policies for infectious diseases: The example of Chagas disease. J Health Econ. 2008, 27: 405-426. 10.1016/j.jhealeco.2007.04.005.
Eubank S, Guclu H, Anil Kumar VS, Marathe MV, Srinivasan A, Toroczkai Z, Wang N: Modelling disease outbreaks in realistic urban social networks. Nature. 2004, 429: 180-184. 10.1038/nature02541.
Meyers LA: Contact network epidemiology: bond percolation applied to infectious disease prediction and control. B Am Math Soc. 2007, 44 (1): 63-86.
Grimm V, Railsback SF: Individual-based modeling and ecology. 2005, Princeton, NJ: Princeton University Press
Segovia-Juarez JL, Gangul S, Krischner D: Identifying control mechanisms of granuloma formation during M. tuberculosis infection using an agent-based model. J Theor Biol. 2004, 231: 357-376. 10.1016/j.jtbi.2004.06.031.
Thierry B: The Macaques: a double-layered social organization. Primates in Perspective. Edited by: Campbell CJ, Fuentes A, MacKinnon KC, Panger M, Bearder SK. 2007, Oxford, UK: Oxford University Press, 224-239.
Evans BJ, Supriatna J, Andayani N, Melnick DJ: Diversification of Sulawesi macaque monkeys: Decoupled evolution of mitochondrial and autosomal DNA. Evolution. 2003, 57: 1931-1946.
Lane KE, Lute M, Arta Putra IGA, Wandia IN, Hollocher H, Fuentes A: Pests, pestilence, and people: the long-tailed macaque and its role in the cultural complexities of Bali. Indonesian Primates. Edited by: Gursky S, Supriatna J. 2010, New York, NY: Springer, 239-248.
Wheatley BP: The sacred monkeys of Bali. 1999, Prospect Heights, IL: Wavelend Press, Inc
Fuentes A, Southern M, Suaryana KG: Monkey forests and human landscapes: is extensive sympatry sustainable for Homo sapiens and Macaca fascicularis in Bali?. Commensalism and Conflict: The primate-human interface. Edited by: Patterson J. 2005, American Society of Primatology Publications
Southern MW: Master’s thesis. An assessment of potential habitat corridors and landscape ecology for long-tailed macaques (Macaca fascicularis) on Bali, Indonesia. 2002, WA: Central Washington University
Jasmer DP, Goverse A, Smant G: Parasitic nematode interactions with mammals and plants. Annu Rev Phytopathol. 2003, 41: 245-270. 10.1146/annurev.phyto.41.052102.104023.
Roberts LS, Janovy J: Foundations of Parasitology, 8th ed. 2009, New York, NY: McGraw-Hill
Lane KE, Holley C, Hollocher H, Fuentes A: The anthropogenic environment lessens the intensity and prevalence of gastrointestinal parasites in Balinese long-tailed macaques (Macaca fascicularis). Primates. 2011, 52 (2): 117-128. 10.1007/s10329-010-0230-6.
Danson FM, Craig PS, Man W, Shi D, Giraudoux P: Landscape dynamics and risk modeling of human alveolar echinococcis. Photo Eng Rem Sens. 2004, 70 (3): 359-366.
Giraudoux P, Craig PS, Delattre P, Boa G, Bartholomot B, Harraga S, Quere J-P, Raoul F, Wang Y, Shi D, Vuitton D-A: Interactions between landscape changes and host communities can regulate Echinococcus multilocularis transmission. Parasit. 2003, 127: S121-S131. 10.1017/S0031182003003469.
Trejos-Macia G, Estrada A, Cabrera AGM: Survey of helminth parasites in populations of Alouatta palliate Mexicana and A. pigra in continuous and in fragmented habitat in southern Mexico. Int J Primat. 2007, 28: 931-945. 10.1007/s10764-007-9137-5.
Ryan SJ, Brashares JS, Walsh C, Milbers K, Kilroy C, Chapman CA: A survey of gastrointestinal parasite of olive baboobs (Papio Anubis) in human settlement areas of Mole National Park, Ghana. J Parasit. 2012, 98 (4): 885-888. 10.1645/GE-2976.1.
Rivera WL, Yason ADL, Adao DEV: Entamoeba histolytica and E. dispar infections in captive macaques (Macaca fascicularis) in the Philippines. Primates. 2010, 51 (1): 69-74. 10.1007/s10329-009-0174-x.
Tachibana H, Yanagi T, Akatsuka A, Kobayash S, Janbara H, Tsutsumi V: Isolation and characterization of a potentially virulent species of Entamoeba nuttali from captive Japanese macaques. Parasit. 2009, 136 (10): 1169-1177. 10.1017/S0031182009990576.
Feng M, Yang B, Yang L, Fu YF, Zhuang YJ, Liang LG, Xu G, Cheng XJ, Tachibana H: High prevalence of Entamoeba infections in captive long-tailed macaques in China. Parasit Res. 2011, 109 (4): 1093-1097. 10.1007/s00436-011-2351-2.
Grimm V, Berger U, DeAngelis DL, Polhill JG, Giske J, Railsback SF: The ODD protocol: a review and first update. Ecol Model. 2010, 221: 2760-2768. 10.1016/j.ecolmodel.2010.08.019.
Java: [http://java.sun.com]
Repast: [http://sourceforge.repast.net]
OpenMap: [http://openmap.bbn.com]
GeoTools: [http://geotools.codehaus.org]
JTS Topology Suite: [http://www.vividsolutions.com/jts/jtshome.htm]
Grimm V, Berger U, Bastiansen F, Eliassen S, Ginot V, Giske J, Goss-custard J, Grand T, Heinz SK, Huse G, Huth A, Jepsen JU, Jorgensen C, Mooij WM, Muller B, Pe’er G, Piou C, Railsback SF, Robbins AM, Robbins MM, Rossmanith E, Ruger N, Strand E, Souissi S, Stillman RA, Vabo R, Visser U, DeAngelis DL: A standard protocol for describing individual-based and agent-based models. Ecol Model. 2006, 198: 115-126. 10.1016/j.ecolmodel.2006.04.023.
Kennedy RC, Lane KE, Fuentes A, Hollocher H, Madey G: A GIS aware agent-based model of pathogen transmission. Int J Intell Contr Syst. 2009, 14 (1): 51-61.
Leduc A, Drapeau P, Bergeron Y, Legendre P: Study of spatial components of forest covers using partial Mantel tests and path analysis. J Veg Science. 1992, 3 (1): 69-78. 10.2307/3236000.
Zar JH: Biostatistical Analysis. 1999, Upper Saddle River, NJ: Prentice Hall
Wright S: Isolation by distance. Genetics. 1943, 28: 114-138.
Rousset F: Genetic differentiation and estimation of gene flow from F-statistics under isolation by distance. Genetics. 1997, 145: 1219-1228.
Slatkin M: Isolation by distance in equilibrium and non-equilibrium populations. Evolution. 1993, 47 (1): 264-279. 10.2307/2410134.
Stanley SL: Pathophysiology of ameobiasis. Trends Parasitol. 2001, 17 (6): 280-285. 10.1016/S1471-4922(01)01903-1.
De Garine-Waichatitsky M, Caron A, Kock R, Tschopp R, Munyeme M, Hofmeyr M, Michel A: A review of bovine tuberculosis at the wildlife-livestock-human interface in sub-Saharan Africa. Epidem and Infect. 2012, 141 (7): 1342-1356.
Amouroux E, Desvaux S, Drogoul A: Towards Virual Epidemiology: an agent-based approach to the modeling of H5NB1 propogation and persistence in North Vietnam. Intelligent agents and multi-agent systems. 2008, Berlin, Germany: Springer Berlin
Laurenson MK, Mlengeya T, Shiferaw F, Cleaveland S: Approaches to disease control in domestic canids for the conservation of wild carnivores. 2004, Cambridge, UK: IUCN Publications
Boadella M, Vicente J, Ruiz-Fons F, de la Fuente J, Gortazar C: Effects of culling Eurasian wild boar on the prevalence of Mycobacterium bovis and Aujeszky’s disease virus. Prevent Vet Med. 2011, 107 (3–4): 214-221.
Beeton N, McCallum H: Models predict that culling is not a feasible strategy to prevent extinction of Tasmanian devils from facial tumour disease. J Appl Eco. 48 (6): 1315-1323.
Donnelly CA, Woodroffe R, Cox DR, Bourne FJ, Cheeseman CL, Clifton-Hadley RS, Wei G, Gettinby G, Gilks P, Jenkins H, Johnston WT, LeFevre AM, McInerney JP, Morrison WI: Positive and negative effects of widespread culling on tuberculosis on cattle. Nature. 2006, 439 (16): 843-846.
Woodroffe R, Donnelly CA, Cox DR, Bourne FJ, Cheeseman CL, Delahay RJ, Gettinby G, McInerney JP, Morrison WI: Effects of culling on badger Meles meles spatial organization: implications for the control of bovine tuberculosis. J Appl Ecol. 2006, 43 (1): 1-10.
Woodroffe R, Donnelly CA, Wei G, Cox DR, Bourne FJ, Burke T, Butlin RK, Cheeseman CL, Gettinby G, Gilks P, Heges S, Jenkins HE, Johnston WT, McInerney JP, Morrison WI, Pope LC: Social group size affects Mycobacterium bovis infection in European badgers (Meles meles). J Anim Ecol. 2009, 78: 818-827. 10.1111/j.1365-2656.2009.01545.x.
Woodroffe R, Donnelly CA, Cox DR, Gilks P, Jenkins HE, Johnston WT, LeFevre AM, Bourne FJ, Cheeseman CL, Clifton-Hadley RS, Gettinby G, Hewinson RG, McInerney JP, Mitchell AP, Morrison WI, Watkins GH: Bovine tuberculosis in cattle and badgers in localized culling areas. J Wildlife Dis. 2009, 45 (1): 128-143. 10.7589/0090-3558-45.1.128.
Levin R: Preparing for Uncertainty. Ecosyst Health. 1995, 1: 47-57.
Bonnell TR, Sengupta RR, Chapman CA, Goldberg TL: An agent-based model of red colobus resources and disease dynamics implicates key resource sites as hot spots of disease transmission. Ecol Model. 2010, 221 (20): 2491-2500. 10.1016/j.ecolmodel.2010.07.020.
Arifin SMN, Kennedy RC, Lane KE, Fuentes A, Hollocher H, Madey G: P-SAM: A Post-Simulation Analysis Module for Agent-Based Models. 2010, Ottawa, ON: Paper presented at Proceedings of the Summer Computer Simulation Conference