一个灌溉的影响大坝的传输和多样性恶性疟原虫在加纳北部季节性疟疾传播面积

文摘

水体如水坝被改变了当地的许多传染病的传播模式,特别是通过昆虫和其他节肢动物传播。灌溉的影响大坝亚微观的无性寄生虫马车在个人生活在加纳北部季节性疟疾传播的地区进行了调查。共有288个存档的DNA样本两个横断面调查在两个社区邦戈加纳北部地区进行分析。寄生虫密度是由光学显微镜和PCR,和寄生虫的基因多样性评估的多态恶性疟原虫msp2第3部分地区。亚微观的parasitaemia估计之间的比例差异正确认的样品PCR和显微镜。旱季亚微观的寄生虫患病率明显高于(71.0%, )在坝址较nondam网站(49.2%)。同样,雨季亚微观的寄生虫患病率明显高于坝址(54.5%, )相比之下,nondam网站(33.0%)。在寄生虫密度之间没有区别网站在旱季( )在雨季( )。感染复数(MOI)基于PCR的数据明显高于在坝址较nondam网站在旱季( )但是在雨季之间类似的网站。莫伊nondam现场在雨季明显高于旱季(2.49,1.26, )但在坝址相似的季节。多元分析显示高几率的亚微观的寄生虫在坝址在旱季(或= 7.46,95% CI -18.15 = 3.07)和湿季(或= 1.73,95% CI -2.86 = 1.04)。研究结果表明,大型水体影响全年运输亚微观的寄生虫和维持疟原虫传播。

1。介绍

全球疟疾负担在过去的十年里下降了,尽管撒哈拉以南非洲继续最受疾病、贡献超过88%的全球负担(1]。因此,政策制定者优先等干预措施的蚊帐的使用,使用快速诊断检测证实病例在治疗之前,儿童季节性化学预防,期间对孕妇在过去的十年中,从而进一步减少和防止疾病负担激增2]。

虽然这些取得某种程度的成功,亚微观的寄生虫运输一些个人在地方性社区仍构成威胁等个人作为水库的感染(3]。亚微观的寄生虫的人估计的20%和50%之间传输几乎所有human-to-mosquito感染(4]。随着疾病负担下降较低的传播,感染倾向于集中于生态适合矢量的网站生存的地区(5]。

周边地区的大坝和大型淡水的身体为灌溉和水力发电都是潜在的“热点”,该疾病的传播(6]。这是明显的在媒介传播的疾病,如疟疾的患病率7)、血吸虫病(8),和其他水源性传染病如痢疾,麦地那龙线虫,周围淋巴丝虫病这些网站尤其是在热带地区。对于疟疾,感染者在这些领域不一定会显示疾病症状,和马车的亚微观的寄生虫甚至会使传播通常干燥的时期,当传输预计将非常低或零。有充分的证据表明,亚微观的疟原虫无性水平足以产生配子体维持有效的疾病传播(4,9]。无症状的人包括那些非常低、亚微观的感染因此消灭疟疾议程的一个重要群体,因为他们可以高效储层传输的向量(3]。

遗传多样性的恶性疟原虫与进化有关健身、和多个菌株感染已经证明了在高传播地区(10,11]。这些不同的寄生虫可能是耐药菌株12),因此需要研究大坝的存在对研究地区的疟疾寄生虫的多样性。

尽管大坝改善居民的社会经济地位,的卫生挑战这样的项目需要解决的问题。因此,清晰的了解对亚微观的大型人工水体的影响疟原虫马车,可能会形成一个重要的传播水库,可以塑造如何主动和被动监测系统都是为了根除疟疾。因此本研究调查的影响灌溉大坝亚微观的运输parasitaemia通过比较个体生活在三峡大坝与那些至少20公里的大坝。

2。材料和方法

2.1。研究区域和研究人口

本研究是一个嵌套的研究开拓出更大的横断面社区调查。最初的研究是在两个社区进行邦戈区上东地区的加纳;Gowrie /离析社区的离析灌溉大坝坝址和国有企业社区,大约20公里(nondam网站)。研究区和人口已经详细描述之前(13,14]。简单地说,疟疾传播在加纳北部是常年但季节性,标志着高传输在雨中或在旱季雨季和低传输(15,16]。6月雨季开始和结束在10月旱季横跨11个月和5月之间。据估计,每年恶性疟原虫昆虫学接种率(EIR)地区是每人每年约25.3传染性咬17)与疟疾攻击速度3.5 /孩子一年(14]。存储滤纸能够从个体采样招募雨季结束时在2012年11月/ 12月和一座类似的但是独立调查旱季结束2013年4月被用于这项研究。厚和薄涂片parasitaemia的决心。288滤纸样品(干湿154年和134年分别)从一到七十岁的参与者在本研究进行分析。

2.2。实验室分析

2.2.1。血涂片检查

在最初的研究中,厚,薄血涂片检查由有经验使用光学显微镜显微镜工作者。大约100的字段(使用油浸在100 x放大)的厚膜进行幻灯片之前被认为是消极的疟原虫。寄生虫密度是由计算500年寄生虫对白细胞的数量(白细胞)。寄生虫的数量/μl确定使用标准假定8000 /白细胞计数μl

2.2.2。DNA提取和恶性疟原虫PCR的检测

DNA提取使用Chelex方法是(18,19]。总之,每个涂抹滤纸切成1.5毫升埃普多夫管和1毫升的PBS (pH值7.4)和50μl 10%的皂苷在4°C一夜之间添加和孵化。在14000 rpm管离心机是30秒,和上层的丢弃。PBS的一毫升(1毫升)添加到管在4°C和孵化30分钟。包含解决方案是离心机的管2分钟,和上层的丢弃。约100μl无菌蒸馏水被添加到每个管的50紧随其后μl 20%的Chelex解决方案。管是大力涡和孵化在95°C 10分钟和涡5 x每隔两分钟。在13000 rpm管被离心5分钟,浮在表面的DNA是储存在−20°C。

聚合酶链反应(PCR)是用于检测恶性疟原虫在隔离使用先前描述的协议做了一些调整(20.]。总之,检测疟原虫完成使用genus-specific引物(5和rPLU6 rPLU),目标小亚基的基因核糖体RNA (ssrRNA)序列。反应MgCl 4毫米₂,200年μ0.0625 M核苷酸,μM的底漆,一个单位的Taq DNA聚合酶(Sigma-Aldrich,圣路易斯,密苏里州,美国)5μl DNA。循环条件如下:最初在94°C变性前15分钟32放大周期:变性在94°C 1分钟和退火58°C 2分钟。扩展在72°C 2分钟,最后在72°C扩展10分钟。所有的反应都使用S1000热循环仪(美国Bio-Rad Inc .)。

2.2.3。基因分型的恶性疟原虫msp2

基因分型的DNA分离是由多态的第3部分区域的放大msp2使用PCR基因协议由Snounou et al。21)与轻微的修改。主键或外引物与守恒的侧翼序列的重复区域(表1),二级或嵌套引物扩增3 d7和FC27等位基因的家庭。所有反应都从3 d7和HB3实验室菌株基因组DNA一样积极的控制和水分子级负控制。嵌套PCR产品2%琼脂糖凝胶电泳,分析了用溴化乙锭染色。DNA(乐队)可视化使用紫外线透照法,参照标准和片段获得得分100个基点阶梯加载到凝胶。正样本记录他们的乐队每个样本大小和乐队的数量,是指样本的克隆。样品单带被认为是mono-infections和两个或两个以上的乐队考虑多重感染。

2.3。数据分析

卡方/确切概率测试被用来比较不同比例的个人网站和跨季节之间携带寄生虫。感染复数计算通过确定寄生虫克隆在每个队列的平均数量。大坝的存在和亚微观的寄生虫运输之间的关系是由多个逻辑回归模型调整性,使用蚊帐,和年龄作为潜在的混杂因素。亚微观的parasitaemia被定义为个人的感染是由PCR检测只而不是显微镜。分析使用R统计软件包(R版本3.4.2,2017)。对所有分析,差异的值等于或小于0.05被认为是具有统计学意义。

3所示。结果与讨论

3.1。研究参与者

288滤纸样品分析在这项研究中,细分如下:154雨季样本包括66名样本坝址和88年样本nondam站点。134年旱季样本包括69名样本从nondam坝址和65网站。坝址的平均年龄是17.8岁和16.9岁nondam网站( )(表2)。

3.2。无性恶性疟原虫马车

坝址,雨季寄生虫患病率由PCR显微镜的18.2%和72.7%,而旱季寄生虫患病率是26.1%通过显微镜和97.1% PCR(图1)。雨季寄生虫患病率nondam现场由PCR显微镜的27.3%和60.2%,而旱季寄生虫患病率是26.1%通过显微镜和66.2% PCR(图1)。寄生虫发病率没有明显差异的两个研究地点之间的显微镜了干湿两季(在这两种情况下,2-sample测试平等的比例)。寄生虫患病率之间通过PCR明显不同的网站在旱季( )但不是在雨季( )。所有microscopy-positive隔离也积极通过PCR。意思是寄生虫密度从显微镜在雨季坝址是468寄生虫/μl和399寄生虫/μl nondam现场。在旱季,寄生虫密度是318寄生虫/μl在坝址和423年寄生虫/μl nondam现场。寄生虫密度没有大坝和nondam网站之间的差异在任何季节。

3.3。亚微观的感染估计

亚微观的感染,决定像寄生虫患病率的差异通过PCR和显微镜检查,发现在坝址和33.0% 54.5% nondam网站在雨季。在旱季,71.0%在坝址和49.2% nondam网站。高亚微观的感染的发病率一直在坝址湿(相对于nondam网站 )干燥( )季节(比例差异的确切概率法)(图1)。亚微观的感染在旱季和雨季65.6% (82.1% )。

3.4。寄生虫感染的多样性和多样性

九个不同3 d7等位基因被发现在坝址和12个等位基因在雨季nondam网站(带大小从200个基点到两个网站700个基点)。FC27等位基因,8(从250个基点至500个基点)检测在坝址和12 (200 bp - 600 bp)从nondam网站。主要的等位基因3 d7在雨季的两个站点300个基点,FC27 400个基点。

在旱季,七3 d7 (200 bp - 700 bp)和7 FC27 (220 bp - 500 bp)等位基因被发现在坝址而五3 d7 (250 bp - 700 bp)和10 FC27 (200 bp - 450 bp)等位基因被发现在nondam站点(图2)。在旱季,300个基点是主要的等位基因3 d7的坝址在350个基点主要nondam网站。在旱季nondam网站最低数量的个人携带两个等位基因的家庭。尽管这些患者的比例3 d7和FC27等位形式的寄生虫大坝和nondam网站之间的相似。

感染复数(MOI),随着并发数量的决定恶性疟原虫克隆感染一个人在一个特定的时间,估计和比较坝址和nondam网站(表和整个季节3)。莫伊在坝址(2.24)明显高于与nondam网站(1.26)在旱季( )但类似的网站在雨季(大坝= 2.42,nondam = 2.49, ,表3)。莫伊也明显高于雨季旱季(2.49)与(1.26)nondam网站( )但在坝址(表相似的季节3)。

单等位基因的人感染的比例和多个等位基因感染,基于msp2输入数据,比较两者之间的研究网站。有一个更高比例的多个等位基因感染坝址和更高比例的单等位基因感染nondam网站在旱季( ,确切概率法、表3)。然而,在雨季,单个和多个等位基因感染的比例是相似的两个网站( )。

3.5。因素预测亚微观的寄生虫马车

预测亚微观的因素恶性疟原虫马车分别分析了湿和干燥的季节。多元逻辑回归分析与parasitaemia执行二进制结果变量的研究网站作为预测变量。模型修正以来蚊帐的使用作为一个“有显著差异在使用两个研究地点之间(表4)。坝址的亚微观的寄生虫的几率明显增加马车在湿(或1.73;95% CI = 1.04 - -2.86)和干燥(或7.46;95%可信区间-18.15 = 3.07), )季节。

4所示。讨论

疟疾是一种重要的传染病的传播可以持续水坝等病媒滋生网站的存在。因此本研究试图评价灌溉水坝的影响在亚微观的寄生虫的马车在加纳北部季节性疟疾传播的一个领域。

研究数据通常表现出显著影响大坝的这个季节的亚微观的寄生虫流行疟疾传播领域,尤其是在旱季。寄生虫患病率在所有实例被PCR比例更高而普遍检测到显微镜。亚微观的寄生虫水平显著高于在坝址在旱季(图1)。类似的结果高的亚微观的寄生虫的流行已报告在一些社区在加纳(22]。这些观察结果可能与这些社区的大型水体的存在,这提供了直接证据的影响大坝的持久性的寄生虫在此期间持续传播。通常高患病率的亚微观的恶性疟原虫寄生虫在潮湿和干燥的季节在研究这两个网站表明潜在的传播发生全年或至少有寄生虫持续整个旱季和准备病媒滋生在雨季开始时传播。目前,在加纳北部,有一个持续的季节性疟疾控制项目管理抗疟药只在雨季期间(23)为了减少寄生虫的负担。假设是非常有限或没有传输发生在旱季。因此这种策略并不占水坝等大型水体的存在,这可能会在这段时间没有完全干涸。此外,加纳政府通过其one-village-one-dam政策(24),旨在创建额外的大坝尤其是在该国北部维持农业和畜牧业在旱季。季节性疟疾控制策略集中在化疗期间雨季(23,25),和当前的数据,在协议与以前的发现22),确定一个潜在的漏洞在这种控制策略,特别是在社区有非常大的水坝。我们的数据因此凸显了需要等因素的存在水体为控制疟疾的努力。

在同一地区的研究表明高human-biting率一般来说的年代。形式的一个。冈比亚按蚊s.l。灌溉区域周围的主要寄生虫向量(16]。向量人口在这些领域报道高甚至在旱季(26),尽管这些地区的疟疾传播被描述为季节性,传播在坝址可能不是季节性的,而是发生在。我们不确定程度的亚微观的配子体马车在这项研究中,但未经处理的无性繁殖的亚微观的寄生虫已经被证明可能发展成配子体向前传播到人类宿主(27]。

恶性疟原虫多样性研究分子类型的多态裂殖子表面蛋白2 (MSP-2)第3部分地区常常被用来作为一个标记来研究寄生虫种群的多样性(28- - - - - -30.]。研究显示moderate-to-high恶性疟原虫等位基因多样性与3 d7等位基因家族是最主要的变体研究社区的循环(图2)。这类似于数据报告来自加纳和其它地区的国家在撒哈拉以南非洲疟疾传播环境类似的(29日,31日- - - - - -33]。一项研究在贝宁的南部然而报道FC27家庭最主要的等位基因的家庭(34]。遗传多样性的差异报告恶性疟原虫感染可能是由于开始互动,传播强度,种族,和地理位置。

感染复数(MOI),它被定义为的平均数量P。恶性疟原虫基因型个体感染,也被调查。莫伊在坝址比明显高于nondam网站在旱季( )但类似的网站在雨季之间( )(表3)。我还发现明显高于雨季与旱季nondam网站( )但不是在坝址(表3)。这些数据同意的报告Duah et al。33)发现了类似的莫伊在加纳的草原地区。尽管这项研究没有直接评估的水平配子体和疟疾传播的向量,有发表的报告直接莫伊和传播强度之间的相关性35,更高的坝址莫伊可能意味着更高程度的传播在这个网站在旱季相比nondam网站。因此这是指示性的潜力同样高传播的坝址在旱季虽然面积被描述为季节性传播(16]。类似水平的单个和多个变异寄生虫感染观察两个研究地点在潮湿的季节,但是大量的多个变种被发现在坝址较nondam网站在旱季(表3)。在旱季坝址的观察进一步证实了更高的疾病传播的潜力在这网站在旱季。

亚微观的感染和大坝的存在之间的关系是研究利用多变量模型调整后的性别、年龄、蚊帐使用(表4)。有一个强大的重要的协会和亚微观的大坝恶性疟原虫马车在潮湿和干燥的季节,甚至更高的几率在旱季和雨季相比。这进一步证实了大坝的持久性的影响疟原虫在旱季,因此疟疾传播感染。灌溉区域内类似的结果的风险增加疟疾在非洲其它地区已报告之前(36- - - - - -38]。对灌溉和水力发电大坝的建设促进社会经济发展在非洲已经将增加(39),但持续的疟疾传播可能是一个意想不到的结果在这些社区如果不采取适当的控制措施。这些发现集体提出复审的疟疾病例检测和可能的考虑季节性疟疾这样的社区内的化学预防策略。这也很重要,因为疟疾传播减少由于有效的控制策略,疟疾寄生虫阈值会导致临床症状可能会减少和寄生虫密度,目前被认为是无症状可能成为临床相关40]。高负担的亚微观的感染如果不及时治疗会影响循环菌株的多样性研究区域可能意愿改变传播动力学研究社区。尽管这项研究没有直接评估昆虫学接种率(EIR),报告从不同的疟疾传播领域所描述的灌溉区域周围human-biting率高(37,41),这可能与我们的研究网站。同时,季节性的化学预防的使用在这些领域将最有可能减少的趋势在旱季寄生虫检测到可能携带从雨季。

5。结论

提出了数据突出灌溉水坝的影响的多样性和传播动态的研究恶性疟原虫在加纳北部。呼吁更多的水坝建设后在这些地区经济发展,重要的是整体反思这些大坝的潜在的健康影响在传播的疾病,如疟疾。

数据可用性

使用的数据来支持本研究的结果包括在本文中。

信息披露

本文提出了海报在非洲国际生物技术和生物医学会议,AIBB,肯尼亚内罗毕。投资者没有参与研究设计、数据收集和分析,决定发表,或准备的手稿。

的利益冲突

作者宣称没有利益冲突。

作者的贡献

EKB, KAKusi、袋和KAKoram构思和设计研究;EKB、BT和BB进行实验;KAKusi EKB, BT执行统计/数据分析;KAKusi、袋和磅监督行为的研究。KAKusi EKB写了初稿;袋,磅,ARO、BT和KAKoram审查和编辑。所有作者阅读和批准论文的最终稿。

确认

作者承认太太娜娜Oye Akuffo和野口纪念医学研究所(MNIMR)办公室的研究为他们的行政支持人员的帮助。他们感谢员工的免疫学、NMIMR, Navrongo健康研究中心的帮助。作者还要感谢参与者自愿参与这项研究。这项工作是由比尔和梅林达•盖茨基金会支持下传染病研究的博士后和研究生培训授予野口纪念医学研究所(全球卫生格兰特OPP52155数量)。

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