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科学“水晶球”料事如神
来源:中国科学报      作者:张章      时间:2017-01-10 17:03      关键词:预报模型,准确预测,寨卡病毒,美,传播风险
摘要:预报模型准确预测寨卡病毒在美传播风险

 

图片来源:《科学》

使用计算机模型预测未来事件的科学家常会被批出错。因此,美国《科学》杂志近日发文宣布,有一些建模者看起来做了正确的预报:2016年5月由气象学家和昆虫学家组成的团队,预报了寨卡病毒最可能在美国那里出现。

现在,美国本土关于蚊子向人类传播寨卡病毒的仅有案例,发生在佛罗里达州南部和得克萨斯州的布朗斯维尔。这与最好的寨卡病毒传播模型预测结果正相符。而且如果历史重演,当冬天到来,寒冷的天气会减少寨卡病毒主要载体——埃及伊蚊的数量,这种传播可能将停止,并在2017年晚春再次出现。

迄今为止,寨卡病毒在美国只有小规模出现,这让那些如临大敌的公共卫生部门人员松了一口气。而且建模者也有了信心——他们的“水晶球”确实管用。

科罗拉多州美国国家大气研究中心模型设计者Andrew Monaghan说,他的团队还没有更新寨卡病毒预报,但他指出2016年寨卡病毒在美国的传播地点和目前登革热病毒传播地点可能相同。

“因此,2017年除了在布朗斯维尔和迈阿密会继续存在寨卡病毒传播高风险外,佛罗里达州中部、佛罗里达群岛,以及南得克萨斯州边境的Rio大峡谷的传播风险都会提高。”Monaghan说。

但Monaghan又强调自己可能会犯错。“因为这些系统的运行机制都非常复杂,预报病毒传播总是很困难。”他说。

这是2016年5月发生的故事,它展现了模型设计者是如何思考的:

如果历史重演,美国媒体将会对该国确认的第一例寨卡病毒从蚊子传播到人体的案例一片哗然。迄今为止,这种“本地”传播尚未发生,但科学家相信在未来几周内很可能出现。看看外来寨卡病毒病例引发的关注度,就会知道,一旦发生这种情况,美国媒体必将火力全开。

而且,政治将会火上浇油:白宫新闻发言人Josh Earnest日前在每日简报中拿出一张地图,显示进入2016年夏季中期后,寨卡病毒将席卷半个美国大陆。“从我身后的地图可以看出,国会有必要立即采取行动。”Earnest说到,并敦促国会通过奥巴马总统提出的划拨19亿美元紧急援助经费抗击寨卡病毒的计划。

但寨卡病毒及其蚊媒传播的研究者表示,美国目前还算风平浪静。他们预报这种会对胎儿造成伤害的病毒,在美国本土只会在一小片区域发生本地传播,即从佛罗里达沿着墨西哥湾沿岸延伸到得克萨斯州的狭长地带。而且,在本地传播出现前,蚊子引发的疾病在美国的传播机制和在拉丁美洲大不相同。

另一方面,寨卡病毒还有许多未解之谜,尤其是它在孕妇体内的运行机制,那如何使某些孕妇流产,而另一些生下患有小头症的婴儿。不以蚊子为载体的寨卡病毒传播模式也是个问题:寨卡病毒可以在精子中存活,并通过性传播;唾液中的病毒RNA,尽管目前尚未证明与感染相关,但也有可能带来风险。

不过,对于携带寨卡病毒的蚊子类型及其在人类中的传播模式,人们还是非常了解的。而同类型蚊子传播的两种疾病——登革热和切昆贡亚热,也让科学家有所借鉴。

美国并不具备寨卡病毒在拉丁美洲本地传播暴发的那些条件,加州大学戴维斯分校昆虫学家兼流行病学家Thomas Scott说。“当然,我也不想夸大其词,给人们留下这样的印象:“你不需要有任何担心。毕竟,谁知道事情会如何发展呢?”他说,“我认为寨卡病毒不会在美国发生持续性传播,这主要是因为我们的生活方式不同,而且美国也没那么多蚊子。”

寨卡病毒的主要载体是对温度敏感的埃及伊蚊。它们只在美国的小部分区域大量存在,而且只在温度达到25~32摄氏度的夏天几个月里大量繁殖。在巴西,仅2015年就发生了约130万例感染,这是因为那里的埃及伊蚊数量庞大。而且人们的皮肤暴露程度也较高因为天气炎热,巴西人更喜欢穿背心、拖鞋和短裤。

而且,贫困也是寨卡病毒在拉丁美洲肆虐的原因之一。在这里的许多地区,人们并不会安装纱门纱窗,而且通常房间里会有在暗处的、装有不流动水的管子或盆子,这些都为有蚊子中的“蟑螂”之称的埃及伊蚊提供了滋生场所。

不过,“这种蚊子在出生后不会飞很远。通常把病毒四处携带的是人类。”Scott说,拉丁美洲的社会文化也加剧了病毒传播:“在寨卡病毒肆虐的许多地方,人们都很乐于在城市里四处走亲访友。”他说,而在美国,“人们通常一回到家就待在空调房里看电视”。

Scott近来参与了一个全球寨卡病毒建模项目,该项目是由华盛顿州西雅图健康测量与评估研究所地理空间科学部负责人Simon Hay主持的。基于年降雨量、温度、埃及伊蚊分布区,以及寨卡病毒已经出现地区的区域条件等因素,该团队绘制了病毒的环境适应性地图。

研究者还收集了白纹伊蚊的信息,因为它也可以成为寨卡病毒的携带者。在美国,白纹伊蚊的分布范围比埃及伊蚊更广。但Scott怀疑它能不能维持传播链,因为不像埃及伊蚊,白纹伊蚊吸人类的血只是用来开胃,之后它会去找其他动物完成吸血大餐。“对宿主叮咬频率的细微差别,会对病毒传播结果带来很大不同。”Scott说。

这个eLIFE上在线发表的模型,计算出世界上有21.7亿人生活在适合寨卡病毒生存的环境中。其中高风险区域包括拉丁美洲超过一半的区域、东南亚、澳大利亚北部地区,以及赤道附近的广大非洲地区。

但寨卡病毒在美国的传播风险有限。仅有的“高风险”区域包括佛罗里达及其以西的阿拉巴马、密西西比、路易斯安那和得克萨斯等州的海岸线地区。

而上述白宫媒体简报上展示的地图来自2016年3月16日在《科学公共图书馆—当前疫情》上公布的另一篇文章。白宫将其展示为“能携带寨卡病毒的蚊子的逐月分布范围”,看起来就像2016年内,随着时间推进,一波黄色、橙色和红色的圈圈在美国地图上不断扩张。

然而,在该文章里,这些基于气候计算的数据指出的是蚊子数量的“潜在范围”,即在这些区域蚊子数量可能达到多大。这个潜在范围大大超出了目前这种蚊子已知的实际生活范围。这幅地图向北延伸到丹佛和盐湖城等地,而埃及伊蚊在这些地方从未出现。

“我对白宫使用这幅地图没有任何明确评价。”该地图研究团队负责人、科罗拉多州美国国家大气研究中心气象学家Andrew Monaghan说。Monaghan强调,“我们做这幅地图主要是为了显示埃及伊蚊的季节性气候适应性,而不是为了指出这种蚊子的精确分布范围。”

Monaghan及其来自宇航局、北卡罗来纳州立大学罗利分校的同事同意,埃及伊蚊丰度最大的区域是从佛罗里达延伸到得克萨斯的墨西哥湾沿岸地区。他们的地图还指出了另一个可能加剧本地传播的变量:从目前存在寨卡病毒本地传播的拉美及加勒比海国家到美国的游客数量。

如果历史重演,那么寨卡病毒只有可能在美国本土的这些地区开始传播。

登革热在美国本土出现的第一个病例可以追溯到1780年宾夕法尼亚州的费城,但本地传播从1945年就停止了。直到1980年,登革热才再次出现在得克萨斯州,一个5岁女孩被感染。1986年,该州又记录了9个本地感染病例,其中4例发生在布朗斯维尔;这座城市2005年又发生了3例本地感染。

2001—2002年间,夏威夷确定了122个登革热病例,但载体不是埃及伊蚊,而是白纹伊蚊。佛罗里达州第一次发现登革热本地传播是在2009—2010年间;经过美国卫生部清算,共88个病例与该州南部的基韦斯特有关。还有其他一些零星发生的本地传播病例,都发生在美国南部和中部,其中比较严重的一次暴发是在2013年,感染28人。

同样,切昆贡亚热到目前为止在美国也不是个严重问题。第一个确认的本地传播病例于2014年出现在佛罗里达州迈阿密—戴德县。当年,CDC报告称,其后只发生了10个病例,也都是出现在南佛罗里达各县。

2015年1月14日,发表在《柳叶刀》期刊上的另一幅地图也得出结论,南佛罗里达州是寨卡病毒的主要滋生地。

研究人员分析了从巴西某些特定机场到达美国的旅客;这些机场位于可能全年传播寨卡病毒区域的50千米范围内。他们还在美国范围内突出显示了最适合上述两种能传播寨卡病毒的伊蚊的生活区域。结果发现,迈阿密和奥兰多机场是最容易遭到寨卡病毒入侵的机场。

对此,美国流行病学家D.A. Henderson指出,寨卡病毒对美国的威胁没有必要引起人们目前的这种恐惧和担忧。不过,他全力支持升级蚊子控制措施,同时强调该病毒在其感染的大多数人身上很少引发病症,而且在人与人之间不易传播。“我们认为不会发生大规模传染病。”他说。

Henderson已经87岁,见过许多传染病的生生灭灭。他说,目前美国对寨卡病毒的媒体“轰炸”,部分原因是受对该病毒研究历史不长的实验室影响。“固然是出于善意,但他们确实倾向于说‘这个问题应该认真对待’,以维持自身获得研究经费。”Henderson说,“这并不邪恶,而且我也不希望病毒学家没有经费,但你得留个心眼,这些事都意味着什么。现在事情有点出格了。” (张章编译)


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