Tilbake til søkeresultatene

FRIMEDBIO-Fri prosj.st. med.,helse,biol

Ecological Constraints on Plague Reservoirs

Alternativ tittel: Økologiske begrensninger på pestreservoarer

Tildelt: kr 7,8 mill.

Hovedmålet av prosjektet var å identifisere hvor pest, en sykdom hos gnagere i naturen som har forårsaket tre pandemier, kan overleve i naturen. Målet er også å forstå hvorfor den kan overleve på disse stedene. Vi satt i gang prosjektet fordi vi fortsatt ikke forstår hvorfor pest forekommer der den gjør det: Vi finner for eksempel pest i de amerikanske og asiatiske fjellkjedene, men ikke i de europeiske Alpene.På starten av prosjektet anslo vi at pestkartet til WHO overvurderer pestens geografiske utbredelse med 50-90 %. Dette er basert på svært detaljerte kart fra det tidligere Sovjetunionen. Prosjektet planla å bruke økologiske nisjemodeller og et nylig innsamlet datasett over pesttilfeller blant dyr og mennesker fra 1950 og fremover for å forbedre de nåværende globale og regionale kartene. I tillegg planla prosjektet å finne ut hvor pest kan ha forekommet i dyrelivet tidligere. Til dette ville vi trene en modell med moderne pest- og klimadata. Ellers ville vi bruke en klimarekonstruksjon av de siste 6000 årene i modellen til å predikere stedene pest kan ha forekommet. prediksjonene av historiske pestreservoarer skulle deretter sammenlignes med en nyopprettet historisk database over pestutbrudd, og ellers være til stor hjelp for paleogenetikere og historikere som satser på å rekonstruere pestens historien. Et annet mål til prosjektet var å analysere faktorer som påvirker forekomsten av pest hos mennesker på et mer detaljert nivå. Selv om slike detaljerte data ikke er tilgjengelige globalt, er de tilgjengelige for flere pestreservoarer. Dataene gjorde det mulig for prosjektet å undersøke flere faktorer, inkludert tetthet av gnagere og lopper. I løpet av prosjektperioden utviklet vi en ny økologisk nisjemodell for det vestlige USA (publisert). Modellen, som er basert på Bayesianske additive regresjonstrær, predikerte både hvor pesten kunne overleve hos gnagere og hvor den kunne spre seg til mennesker. Vi oppdaget at stor høyde og artsmangfold korrelerer positivt med pestforekomsten i USA, mens jordegenskaper som kalsium- og natriuminnhold korrelerer negativt. Andre faktorer, som årlig temperatur og jern- og sandinnhold i jordet, viste forskjellige mønstre i modellene for dyrepest og smitte til mennesker, noe som understreker at pestforekomsten og smitte til mennesker er to forskjellige ting! Fordi datasettet vårt for det vestlige USA strakk seg over sytti år, så vi også hvordan klimaendringene har gjort det amerikanske landskapet mer egnet som pestreservoar. Etter den første modellen kompilerte vi fra åpne kilder et globalt datasett med 9 000 observasjoner av pestutbrudd blant ville dyr og mennesker. Vi finjusterte de bayesianske modellene for å ta høyde for skjevheter i disse observasjonene og produserte vår første globale pestkart. Vi også kompilerte et datasett med historiske pestutbrudd (publisert) som inneholder 14 000(!) historiske rapporter av menneskelige pesttilfeller.Ellersrekalibrerte vi klimarekonstruksjonsdataene fra den globale klimamodellen IPLS-CM6, slik at vi har fått alt på plass som trengs for å predikere historiske pestreservoarer. Vi også utgjennomførte en detaljert analyse av smitte fra dyr til menneskemed en generalisert additiv modell. Modellen hadde fokus på Yunnan, sørvest i Kina, der prosjektet fikk tilgang til et 30-årig datasett med overvåking av ville gnagere og gnagere inne i husholdninger og av lopper. Et viktig funn var at smitte først og fremst skjedde i perioder der ville gnagere gjennomgikk pestepidemier, i motsetning til perioder der det fantes bare lite sykdommen blant gnagere. Funnet understreker behovet for å forstå hvilke faktorer påvirker epidemier hos ville dyrearter. Selv om prosjektet er avsluttet, skal flere deler ferdigstilles snarlig og bli videreført i fremtidig forskning. Den statistiske analysen av pestsmitte på regional nivå vil ogsp bli ferdigstilt snarlig, etterfulgt av de globale og historiske pestkartene, sammen med datasettene.

Two grant products, "Plague risk in the western United States over seven decades of environmental change" and "Mapping the plague through natural language processing", are available to the public. Three others, including a global map of plague reservoirs, a statistical analysis of plague spillovers, and historical maps of plague reservoirs, are in progress. In 2022 we published a detailed prediction of current plague reservoirs in the western United States and the impact of climate change on their locations over 70 years. The paper received significant attention and gained citations from diverse topics. The paper reaffirms the IPCC's latest synthesis report on the increasing risk of infectious diseases due to climate change, but our current paper suggest that the regions at risk should probably be extended. Upon release of the global plague map, we anticipate it reaching a broad audience interested in wildlife disease systems. The map will assess regional variations in plague reservoir suitability and potental expansion areas. Our findings from the U.S. study indicate that human cases of plague are concentrated in specific endemic areas. This underscores a significant gap in our understanding of the conditions that lead to spillovers. While many diseases transition from wildlife to humans, plague and its associated vectors and hosts are monitored far more intensively than most, and our upcoming research on plague spillovers can therefore provide a unique insight into the conditions that foster these spillovers. These findings will serve as a significant case study for the global spillover of various wildlife diseases. More studies are needed to fully grasp the general principles behind spillovers, but our results suggest that increased attention should be given to wildlife disease epidemics. If confirmed, this understanding offers actionable strategies to reduce the risk of spillovers to humans. Our research paper, titled "Mapping the plague...", yielded two publicly available datasets. Given its technical nature, the paper did not immediately garner extensive public interest, but the datasets are picked up by the research community. These dataset are essential for the evaluation of our project's culmination - the projected historical maps of plague reservoirs. As we predict the location of historic plague reservoirs with the help of climate models that themselves carry a high degree of uncertainty, we can only assess the level of confidence we can have in these maps by using historical data sources. A key result from this study, which goes beyond the study of plague, will be a better understanding of how disease reservoirs move or change over time, a topic that is almost completely unexplored within the sciences.

Yersinia pestis caused large plague pandemics in Medieval Europe, Central Asia and the Middle East. While its human burden is far lower today, the bacterium persists widely in the semi-arid deserts, steppes, montane meadows and the tropics of the Americas, Africa and Asia, in ground squirrels, jirds, voles, gerbils, rats & marmots, as well as their fleas. The ecological constraints that define where plague can persist in the wild are unknown. For non-ecologists, it is tempting to assume that regions with the right species (or even genus) of rodent can be potential plague reservoirs, but that intuition breaks down rapidly when comparing the rodent distribution maps with plague reservoir maps. Our primary objective is to understand the ecological constraints that define where plague reservoirs can exist. We will approach this problem by building ecological niche models (ENMs) that avoid the limitations of other attempts (e.g. focused on a regional scope only, using limited datasets, and generic rather than plague-specific input variables). With a vast amount of data now available from the former USSR plague control program and from historical records, the main challenge for us lies in using the right methodology to build and project ENMs as far across the globe as is reliably possible, and to test and select the right plague-relevant input variables for the models (e.g. climate instability, soil properties). Our use cases are both historic and current. We will answer how suitable medieval Europe, Asia and North Africa were as past plague reservoirs, something that since the ancient DNA breakthroughs in plague research is now heavily speculated upon, as well as learn more about the potential lifespan of those reservoirs. Finally, a better understanding what defines a plague reservoir helps with plague surveillance now, and in a future world that is in flux with climate change.

Budsjettformål:

FRIMEDBIO-Fri prosj.st. med.,helse,biol

Finansieringskilder