O surto bacteriano sustentado em mosquitos, limita a disseminação de doenças que ameaçam a vida humana
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| Wolbachia pipientis |
Médicos, como os do Centro de Controle e Prevenção de Doenças, freqüentemente utilizam modelos matemáticos ao determinar como controlar melhor a propagação de doenças transmitidas por mosquitos. Doenças como chikungunya, dengue, malária e vírus Zika podem ser fatais, e atualmente não existe uma vacina efetiva. Embora a maioria das estratégias de mitigação visem eliminar os locais populares de reprodução de mosquitos através do uso de inseticidas, os custos de acompanhamento, as dificuldades logísticas e a evolução da resistência tornam esses métodos de tratamento insustentáveis.
A Wolbachia pipientis é uma bactéria que ocorre naturalmente em mais de 60 por cento das espécies de insetos. Algumas cepas de Wolbachia inibem a transmissão de agentes patogénicos indutores de doença para humanos; Esta característica dá ao microbio potencial valor médico, e os cientistas têm estudado seu efeito nos mosquitos há anos. Infelizmente, não se encontra naturalmente nos mosquitos Aedes aegypti , os transmissores primários de inúmeras doenças . Se os pesquisadores desejam usar Wolbachia para controlar a disseminação dessas doenças, eles devem reintroduzi-la continuamente nas populações de mosquitos selvagens. Essa introdução repetida é estrategicamente inviável.
Em um artigo publicado , Zhuolin Qu, Ling Xue e James Mac Hyman usam um modelo baseado na equação diferencial ordinária (ODE) para calcular o método mais eficaz de introdução de uma infecção por Wolbachia auto-sustentável para uma população de mosquitos selvagens. Seu modelo de dois sexos explica o estágio da vida aquática, transmissão heterossexual e múltiplos estados de gestação dos mosquitos femininos , capturando todo o ciclo de transmissão. "Se uma infecção estável de Wolbachia pode ser estabelecida em mosquitos selvagens, isso reduzirá a propagação de doenças transmitidas por mosquitos", disse Qu.
Pesquisadores anteriores usaram uma série de modelos para estudar a presença de Wolbachia em populações de mosquitos A. aegypti selvagens , embora muitos não distinguissem entre os variados estágios de vida dos mosquitos e os custos que acompanham a Wolbachia. "A maioria dos modelos anteriores assumiu que existe uma relação masculina / feminina fixa, e usa essa suposição para reduzir as equações a um modelo de sexo único", disse Qu. "Esta é uma boa aproximação para populações isoladas de mosquitos selvagens, mas é violada ao liberar apenas mosquitos machos infectados em uma população selvagem. Nosso modelo de ODE para a transmissão de Wolbachia não assume que haja uma proporção fixa entre machos e fêmeas".
Eles empregam um sistema de estágio múltiplo de nove ODEs que integram ambos os gêneros, fêmeas grávidas e não grávidas e todos os estágios da vida. Eles agrupam a população de mosquitos adultos em sete compartimentos com base em estado de infecção, estado de gravidez e fertilidade. Como os mosquitos fêmeas costumam se acasalar apenas uma vez durante a vida e armazenar os espermatozóides para múltiplas gestações, um modelo bem sucedido de dois sexos diferencia as fêmeas não grávidas e grávidas.
"A infecção de Wolbachia é transmitida verticalmente de um mosquito feminino infectado para sua prole", disse Qu. "Um mosquito feminino geralmente combina com sucesso , e se um mosquito feminino não infectado se acasalou com um mosquito macho infectado, muito poucas de suas crias sobrevivem. Como nosso modelo compartimental inclui a interação heterossexual de mosquitos e múltiplas fases da gravidez para as fêmeas, pode ser usado para analisar a condição de limiar necessária para sustentar a Wolbachia endêmica para transmissões maternas perfeitas e imperfeitas ".
Depois de caracterizar a condição de limiar, os autores simulam e comparam as estratégias de mitigação da vida real para o emprego antes da liberação de mosquitos infectados com Wolbachia . "Porque a condição de limiar é caracterizada por uma fração mínima de mosquitos infectados, podemos reduzir o número de mosquitos infectados que devem ser liberados pela primeira redução da população de mosquitos não infectados", disse Qu. As estratégias testadas incluem pulverização residual interna.
Eles reconhecem que devem aperfeiçoar seu modelo antes que suas descobertas possam realmente orientar os esforços públicos. Por exemplo, eles assumem que todos os parâmetros são constantes pelo bem da simplicidade, mas a temperatura, a umidade e outros fatores sazonais variam realisticamente. A incorporação da sazonalidade no modelo ofereceria uma projeção mais precisa do sucesso em várias estações. "Estamos atualmente estendendo este modelo para incluir heterogeneidade espacial e variações temporais usando equações diferenciais parciais que incorporam a difusão de mosquitos e variações sazonais", disse Qu. "Espero que ele possa oferecer informações mais práticas para ajudar a orientar os esforços de redução das doenças transmitidas por mosquitos".
Editado e traduzido
É obrigatório citar o link do Blog AR NEWS
Fornecido por: Society for Industrial and Applied Mathematics
Qu, Z., Xue, L., & Hyman, J.M. (2018). Modeling the Transmission of Wolbachia in Mosquitoes for Controlling Mosquito-Borne Disease. SIAM Journal on Applied Mathematics, 2018.
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