Brazilijoje klimatas ir kiti žmogaus sukelti aplinkos pokyčiai kelia grėsmę dešimtmečius trunkančioms pastangoms kovoti su plačiai paplitusia ir sekinančia parazitine liga. Dabar Stanfordo ir Brazilijos mokslininkų partnerystė padeda aktyviai numatyti šį poveikį.
Gėlavandenių sraigių platinama šistosomioze daugelyje atogrąžų pasaulio regionų serga daugiau nei 200 mln. Tai gali sukelti skrandžio skausmą ir negrįžtamus padarinius, tokius kaip kepenų padidėjimas ir vėžys. Visuomenės sveikatos pareigūnai nerimauja, kad miškų naikinimas, greitas miestų plėtimasis ir kintantys kritulių modeliai, pavyzdžiui, Braziliją niokojantys gegužės potvyniai, gali smarkiai pakeisti vietas, kur sraigės, taigi ir parazitas, gali klestėti.
„Dėl klimato kaitos dažnesnės ir intensyvesnės liūtys paveiks daugelį ligų, įskaitant šistosomiazę“, – sakė San Paulo sveikatos sekretoriato vyresnioji mokslo darbuotoja Roseli Tuan. Brazilija, daugiau nei 30 metų. „Šių pokyčių supratimas yra būtina mokslo sritis, siekiant kontroliuoti ligą ateityje.
Tuan ir jos kolegos iš Brazilijos bendradarbiauja su Stanfordo ligos ekologijos tyrėjais, kad sukurtų modelius, galinčius numatyti, kaip pasikeis ligos rizika, reaguojant į aplinkos pokyčius. Jų išvados neseniai buvo paskelbtos Gamtos komunikacijos ir PLOS pasaulinė visuomenės sveikata.
„Pirmą kartą mums pavyko sujungti tokius įrankius kaip ilgalaikiai sraigių stebėjimo įrašai su palydoviniais vaizdais, kurie puikia skiriamąja geba stebi žemės ūkio plėtrą, miestų teritorijų augimą ir klimatą visose šalyse“, – sakė Erin Mordecai, bendradarbė. Humanitarinių mokslų ir mokslų mokyklos biologijos profesorius ir pasaulinės sveikatos fakulteto bendradarbis Stanfordo pasaulinės sveikatos inovacijų centre.
„Naudodami šiuos įrankius galime neregėtu tikslumu nustatyti, kaip šistosomiazę pernešančių sraigių buveinė keičiasi visoje Brazilijoje, o tai padeda suprasti, kur šistosomozė gali atsirasti toliau.
Mordecai bendrai vadovavo darbui su Giulio DeLeo, kuris taip pat yra pasaulio sveikatos fakulteto bendradarbis ir vandenynų bei Žemės sistemos mokslo profesorius Stanfordo Doerro tvarumo mokykloje.
Bendradarbiavimas padėjo epidemiologams ir tyrėjams atnaujinti savo paradigmas apie šistosomiazę Brazilijoje ir teikti pirmenybę visuomenės sveikatos intervencijoms, atsižvelgiant į aplinkos pokyčius, sakė Tuanas, keturis dešimtmečius tyręs sraigių vektorių genetiką ir evoliuciją dėl šistosomozės.
Nors Brazilija turi galimybę panaikinti šistosomiazę kai kuriose šalies dalyse dėl pagerėjusių sanitarinių sąlygų ir gyvenimo sąlygų, klimato kaita ir ekonominiai skirtumai kelia grėsmę pažangai kitose srityse, sakė ji.
„Šios analizės pirmą kartą aiškiai nustatė, kad sparčiai augančios neoficialios gyvenvietės tiek kaimo vietovėse, tiek miesto centrų pakraščiuose yra labiausiai tikėtina sraigių buveinė, taip pat galimos šistosomozės perdavimo taškai“, – sakė De Leo. taip pat yra pagrindinis tarptautinės komandos, remiamos Belmonto bendradarbiavimo forumo dotacijos, tyrėjas. „Jie atveria naujas ligų stebėjimo ir intervencijų galimybes, kurios gali sumažinti šistosomozės perdavimo riziką.”
Mašininio mokymosi panaudojimas prognozuojant būsimą ligų riziką
2021 m. Belmonto forumo / San Paulo tyrimų fondo stipendija ir Stanfordo pasaulinė sveikatos sėklų stipendija leido ligų ekologijos ekspertams iš Stanfordo ir Brazilijos bendradarbiauti kurti įrankius, leidžiančius numatyti aplinkos pokyčių poveikį ligas plintančioms sraigėms.
Šių pastangų pagrindas yra įrankis, vadinamas rūšių pasiskirstymo modeliavimu. Jis sujungia mašininį mokymąsi ir nuotoliniu būdu aptinkamus duomenis, pvz., palydovinius vaizdus ir didelio masto klimato modelius, kad nustatytų visas vietas, kuriose rūšis galėtų gyventi, atsižvelgiant į tai, kur ji buvo ir nebuvo rasta praeityje. Tada modeliai gali numatyti, kaip temperatūros pokyčiai, kritulių kiekis ir urbanizacija paveiks rūšių pasiskirstymą ateityje.
Ir vis dėlto, kai Aly Singleton, mokslų daktaras. Stenfordo Emmetto tarpdisciplininės aplinkos ir išteklių programos studentė, užsibrėžusi sukurti tokį sraigių modelį, rado mažai informacijos, kuri padėtų nuspręsti, kuri metodika būtų geriausia.
„Nepaisant to, kad rūšių pasiskirstymo modeliai tampa vis populiaresni įrankiais, vis dar yra daug atvirų klausimų, kaip geriausiai sukurti modelius”, – sakė Singletonas. „Norėjau sukurti šaltinį, kuris galėtų informuoti apie mūsų komandos pastangas ir būti naudingas tyrėjams, naudojantiems šiuos metodus visame pasaulyje.
Singletono tyrime buvo lyginami modeliai, naudojant skirtingus mašininio mokymosi metodus, siekiant išsiaiškinti, kurie galėtų tiksliausiai prognozuoti, kaip sraigių rūšys reagavo į savo aplinkos pokyčius. Ji naudojo didžiulius duomenų rinkinius su daugiau nei 11 000 įrašų apie sraigių buvimo vietą, surinktų Brazilijos mokslininkų 1992–2019 m.
Singletonas ištyrė, kaip tiksliai modeliai numatė, kur sraigėms gali būti suteikti įvairūs klimato, hidrologijos, žemės naudojimo ir dirvožemio tipo pokyčiai. Ji konsultavosi su vietiniais ekspertais, tokiais kaip Roseli Tuan, Antonio Miguelis Vieira Monteiro iš Brazilijos nacionalinio kosmoso tyrimų instituto Sau Paule, Brazilijoje, ir Roberta Lima Caldeira iš Fiocruz Minas Minas Žerais mieste, Brazilijoje, kurie pasinaudojo savo patirtimi vertindami gaunamas žemėlapių tikslumas.
Singletonas teigė, kad daugelio modelių tikslumas ir tikslumas buvo panašūs, tačiau jie sukūrė labai skirtingus sraigių pasiskirstymo žemėlapius. „Buvo labai svarbu turėti ekspertų žinių žmonių, kurie gerai išmano šią sritį ir dirba šioje srityje daugelį metų, kad galėtų pakomentuoti, kuris modelis, jų nuomone, yra geresnis ir kodėl“, – sakė ji.
Kai kurie modeliai pateikė daug platesnius įverčius, kurios vietovės buvo palankios sraigėms, o kiti buvo daug griežtesni ir siauresni numatydami, kur sraigė gali būti. Abu modeliai gali būti naudingi skirtingomis aplinkybėmis, sakė Singletonas.
Pavyzdžiui, regione, kuriame yra ribotesni ištekliai šistosomozei gydyti, griežtesnis modelis galėtų padėti nustatyti sritis, kurioms teikti pirmenybę – tas sritis, kuriose sraigė buvo beveik tikra. Kita vertus, jei šalis norėtų panaikinti šistosomiazę, pareigūnai gali pasirinkti naudoti platesnį modelį, numatantį visas įmanomas sraigių buveines.
„Judančio taikinio“ stebėjimas
Kitas žingsnis buvo Singletono išvadų apie veiksmingą rūšių pasiskirstymo žemėlapių taikymas, siekiant geriau suprasti, kaip klimato ir žemės naudojimo pokyčiai paveikė sraigių pasiskirstymą Brazilijoje.
Singletono kolegė Caroline Glidden, Mordecai laboratorijos vyresnioji mokslininkė, vadovavo šiam tyrimui, taip pat Stanfordo į žmogų orientuoto dirbtinio intelekto instituto (Stanford HAI) bendradarbė. Ji nustatė, kad klimato sukelti pokyčiai, ypač kritulių modeliai, per pastaruosius 30 metų lėmė didelius sraigių diapazono pokyčius. Tuo tarpu urbanizacija paskatino labiau lokalizuotus pokyčius, pavyzdžiui, naujų buveinių, tinkamų sraigėms, atsiradimą vietovėse, kuriose smarkiai išaugo populiacija.
Keičiantis kritulių modeliams ir Brazilijoje sparčiai keičiantis žemėnaudai, tikimasi, kad naujos vietovės taps palankios sraigėms, kurios klesti lėtai slenkančiuose gėlo vandens šaltiniuose, sakė Gliddenas. Tai apima drenažo griovius ir kanalus, pvz., susijusius su drėkinimu smulkiuose ūkiuose.
„Bendra tendencija yra ta, kad aplinkos pokyčiai ne tik išplečia sraigių buveines – jie visiškai pakeičia vietą, todėl šistosomozė tampa judančiu visuomenės sveikatos intervencijos ir kontrolės taikiniu“, – sakė Gliddenas. „Be šių analizių būtų labai sunku siekti pašalinti šistosomiazę Brazilijoje.
Tuanas teigė, kad tyrimas padės visuomenės sveikatos pareigūnams nustatyti prioritetines šistosomozės pašalinimo zonas.
Pasaulinis poveikis
Singletonas tikisi, kad jų pastangos nustatyti veiksmingus rūšių pasiskirstymo modeliavimo metodus padės tyrėjams už Brazilijos ribų numatyti pernešėjų ir aplinkos sukeltų ligų riziką.
„Šios priemonės taps vis vertingesnės, nes siekiame suprasti, kaip rūšių populiacijos gali keistis keičiantis klimatui ir žemės naudojimui“, – sakė ji. „Tikiuosi, kad šis dokumentas gali padėti mokslininkams, kurie pradeda naujus šiuos metodus, ir bus šaltinis, kurio ieškojau šio projekto pradžioje.”