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バッジャー間の牛結核の広がりを理解する

研究がバッジャーの個体群間でのbTBの伝播に関する重要な知見を明らかにした。

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目次

牛結核(bTB)は牛に影響を与える病気で、バッジャーにも広がることがある。この病気がこれらの動物の間でどのように広がるかについて多くの研究が行われているけど、人々はバッジャーがbTBの拡散にどれくらい関与しているかや、バッジャーの捕殺など特定の管理方法がどれだけ効果的かについて意見が分かっている。イギリスのグロスタシャーにあるウッドチェスター公園では、1978年からバッジャーが長い間研究されてきている。この研究は、バッジャーの行動や、バッジャーがbTBに感染する方法、そして病気が牛に広がる仕組みについてたくさんの貴重な情報を研究者に提供してきた。このユニークなデータセットは、野生のバッジャーの間でbTBがどのように広がるかをよりよく理解するチャンスを提供している。

研究

バッジャーのbTBの広がりを分析するために、研究者たちは病気がバッジャーの個体群の中でどう移動するかを40年間にわたって詳しく見ていくモデルを作成した。このモデルは、バッジャーがどのように病気を互いに感染させ合うのか、そしてどのくらいの期間感染力を持つのかなど、さまざまな重要な要素を推定するのに役立つ。研究者たちは、病気を他よりも多く広げる可能性がある特定のバッジャー、いわゆる「スーパースプレッダー」を特定することにも焦点を当てた。彼らは、感染したバッジャーがどれだけの新しい感染を生み出すかを示す基本的な繁殖数をはじめとするさまざまな測定を使って、病気の広がりを評価した。

野生動物の個体群における病気の広がりを研究する際の課題は、モニタリングがしばしば不完全だということだ。研究中にすべてのバッジャーが捕まるわけではなく、捕まる確率も季節によって変わることがある。亡くなった多くのバッジャーは見つからない。この欠落データは、いつでもどのくらいのバッジャーが生きているのかを特定するのを難しくする。動物の寿命が病気の広がりに影響を与える可能性があるので、これらの要素を考える際にはバッジャーの年齢を考慮することが重要だ。

このような困難を克服するために、研究者たちは、バッジャーの捕獲や診断の頻度を考慮しつつ、時間の経過とともに病気がどのように広がるかを見つめる新しいフレームワークを構築した。彼らはこのモデルをウッドチェスター公園のバッジャーの個体群に適合させるために、高度な統計手法を使った。

病気の広がりに関する発見

研究者たちは、バッジャーの病気の異なる段階を追跡するモデルを開発した:感受性、曝露、感染、そして死亡。このモデルは、バッジャーがどのように1つの段階から別の段階に移行し、これらの変化がどれくらい起こるかを示している。重要なのは、バッジャーの社会グループを見たとき、病気の広がりの速度が、どれだけのバッジャーが存在していて、どれだけ頻繁に互いに接触するかによって影響を受けることがわかった。

研究者たちは、バッジャーの死亡パターンが病気の広がりにどれくらい影響を与えるかを発見した。バッジャーは異なる寿命を持つことが多く、病気を広げる前に死ぬこともある。これにより、各バッジャーがbTBの広がりにどれだけ寄与するかに違いが出てくる。この情報は、病気を管理するためのより良い戦略を開発するために重要であり、特に特定のバッジャーをポピュレーションから除外して病気の管理を助けるべきかどうかを決定する上で重要だ。

分析を通じて、少数のバッジャーが他のほとんどよりも病気の広がりに大きな役割を果たしていることがわかった。これは、これらのスーパースプレッダーを狙うことが、バッジャーの総数を減らそうとするよりも、病気を管理するためのより効果的な戦略であるかもしれないことを示唆している。

隠れた感染例

研究者たちは、診断されていなくても、いつでもどれくらいのバッジャーが感染しているかを推定することができた。彼らは診断検査の結果を、病気の動態とともに考慮に入れた。彼らの発見は、集団において感染のレベルが一見低く見えても、感染したバッジャーの割合が研究期間中に大幅に増加したことを示している。特に全体のバッジャー個体数が減少するにつれて、である。

さらに、バッジャー間の直接接触から72%の新しい感染が特定できた。これは、bTBの感染は主にバッジャーからバッジャーへ伝染することを示唆している。

重要な疫学的パラメータ

研究者たちは、病気とバッジャーの個体群に関連するさまざまなパラメータも計算した。彼らは、バッジャーが感染した後、感染の兆候を示すまでの平均的な時間が約3.7年であると推定した。また、バッジャーは感染する前に亡くなることが多いこともわかった。つまり、多くのバッジャーが生涯を通じて病気を広げる機会を持たないということだ。

これらの個体レベルの動態を理解することは重要で、病気の伝染において危険なバッジャーがどのくらいいるかを明確にするのに役立つ。分析は、個々のバッジャー間に顕著な違いがあることを明らかにし、つまり、一部のバッジャーは他よりも病気を広げる機会が長いということを示している。

管理戦略への影響

この研究の結果は、バッジャーの個体群におけるbTBの管理に重要な影響を与える。研究が示すところによれば、ごく少数のバッジャーが新しい感染の大部分を占めるため、管理の努力をより集中させることができるということだ。たとえば、スーパースプレッダーの選択的な除去は、全体的な捕殺努力よりも良い選択肢かもしれない。後者は全体の個体群を混乱させる可能性があり、効果的な対策にならないこともある。

また、バッジャー間での相互作用が多くの感染を生むため、これを管理することが病気の制御において重要な役割を果たすかもしれない。これには、バッジャーの社会グループをより注意深くモニタリングし、感染者同士の接触を制限するための戦略を実施することが含まれる。

制限事項と今後の方向性

この研究は貴重な洞察を提供しているが、限界もある。研究者たちは、バッジャー間のbTBの感染と伝染のすべての事例を完全に捉えられないデータに依存していた。病気の環境を通じた広がりなど、モデルに完全には反映されていない側面もあった。今後の研究は、環境がbTBの伝染にどのように寄与しているか、さまざまな外部要因によって伝染の動態が変わるかどうかをより詳しく調べることができる。

さらに、バッジャーの個体群の病気の動態が近くの牛の個体群とどのように相互作用しているかを探る研究も進められるかもしれない。これらの関係を理解することで、bTBをより広い規模で管理するための包括的な戦略を提供できるだろう。

結論

全体として、この研究はバッジャーの個体群におけるbTBの広がりの動態に光を当てた。個々のバッジャーとその感染の役割に焦点を当てることによって、研究者たちは病気がどのように作用しているのか、また管理戦略をどのように改善できるかについてのより明確なビジョンを提供した。これらの洞察は、野生動物や家畜におけるbTBの継続的な問題に対処する上で重要であり、最終的には動物と人間の健康を守る手助けとなる。

オリジナルソース

タイトル: Efficient modelling of infectious diseases in wildlife: a case study of bovine tuberculosis in wild badgers

概要: Bovine tuberculosis (bTB) has significant socio-economic and welfare impacts on the cattle industry worldwide. In the United Kingdom and Ireland, disease control is complicated by the presence of infection in wildlife, principally the European badger. Control strategies tend to be applied to whole populations, but better-targeted management of key sources of transmission, be they individuals or groups, may be more efficient. Mechanistic transmission models can be used to better understand key epidemiological drivers of disease spread and identify high-risk individuals and groups as long as they can be adequately fitted to observed data. However, this is a significant challenge, especially within wildlife populations, because monitoring relies on imperfect diagnostic test information, and even under systematic surveillance efforts (such as capture-mark-recapture sampling) epidemiological events are only partially observed. To this end we develop a stochastic compartmental model of bTB transmission, and fit this to individual-level data from a unique > 40-year longitudinal study of 2,391 badgers using a recently developed individual forward filtering backward sampling algorithm. Modelling challenges are further compounded by spatio-temporal meta-population structures and age-dependent mortality. We develop a novel estimator for the individual effective reproduction number that provides quantitative evidence for the presence of superspreader badgers, despite the population-level effective reproduction number being less than one. We also infer measures of the hidden burden of infection in the host population through time; the relative likelihoods of competing routes of transmission; effective and realised infectious periods; and longitudinal measures of diagnostic test performance. This modelling framework provides an efficient and generalisable way to fit state-space models to individual-level data in wildlife populations, which allows identification of high-risk individuals and exploration of important epidemiological questions about bTB and other wildlife diseases. Author summaryWild animals commonly harbour infectious diseases with risk of spillover to humans and livestock. We fitted an individual-level stochastic spatial meta-population model of bovine tuberculosis (bTB) transmission to data from a long-term longitudinal study of the European badger (Meles meles). Our framework provides an efficient and generalisable means of fitting state-space models to individual-level data, to identify high-risk individuals and explore important epidemiological questions. We develop a novel estimator for the individual effective reproduction number, providing quantitative evidence for the presence of superspreader badgers (those individuals most responsible for onward transmission of infection), despite the population-level effective reproduction number being less than one. Predicting the hidden burden of infection in individuals and social groups is critical for disease management but challenging in practice, since monitoring relies on imperfect surveillance and diagnostic testing, however control of bTB in badgers could be substantially increased by targeting interventions at high-risk groups.

著者: Trevelyan J. McKinley, E. Konzen, R. J. Delahay, D. J. Hodgson, R. A. McDonald, E. Brooks Pollock, S. E. F. Spencer

最終更新: 2024-04-27 00:00:00

言語: English

ソースURL: https://www.biorxiv.org/content/10.1101/2024.01.26.576600

ソースPDF: https://www.biorxiv.org/content/10.1101/2024.01.26.576600.full.pdf

ライセンス: https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/

変更点: この要約はAIの助けを借りて作成されており、不正確な場合があります。正確な情報については、ここにリンクされている元のソース文書を参照してください。

オープンアクセスの相互運用性を利用させていただいた biorxiv に感謝します。

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