Rivers

Projekt

• Projekt SSPE-CT-2006-44405 – Resistance of Influenza Viruses in Environmental Reservoirs and Systems (RIVERS)

Wprowadzenie – Pojawienie się, w znaczącej skali, choroby ptasiej grypy wywoływanej przez wysoko patogenicznego wirusa (H5N1) genotypu A, postawiło wiele pytań i problemów w związku z odpowiedzialnością za politykę ochrony i prewencji, ryzyko gospodarcze i zdrowotne. Wiedza naukowa o ekologii i występowaniu wirusa H5N1 w środowisku naturalnym jest wysoce niedostateczna. W szczególności nie zbadany został strategicznie istotny mechanizm przetrwania wszystkich odmian wirusa HPAIV (Highly Patogenic Avian Influenza Virus), w tym w szczególności szczepu H5N1. Dostępne dane są ograniczone, a często nawet sprzeczne, istnieje bardzo mało informacji dotyczących zachowania się wirusa ptasiej grypy w środowisku, a zatem w akwenach wodnych, w powietrzu oraz w glebie i na powierzchniach gruntowych. Nie istnieją także wypracowane metody oraz standardowe protokoły wykrywania jego obecności w środowisku naturalnym, w odchodach, w glebie, organizmach innych niż ptaki, a także w roślinności. Techniki takie powinny umożliwić szybkie, ilościowe, wystarczająco czułe, a przede wszystkim powtarzalne, oznaczenia obecności i stężenia wirusa w rutynowy sposób, w standardowych warunkach (także, a nawet szczególnie w warunkach polowych, oraz przez niedoświadczony personel). Wyniki badań przeprowadzonych na innych podtypach wirusa grypy nie mogą zostać w prosty sposób zaadaptowane do badań nad wirusem H5N1, choć mogą i powinny służyć za punkt wyjścia przy opracowywaniu matod specyficznych dla serotypu H5N1.

Uczestnicy Konsorcjum

W projekcie Resistance of Influenza Viruses in Environmental Reservoirs and Systems (RIVERS) uczestniczy dziewięć instytucji, w tym trzy z kontynentu azjatyckiego:

1. Institut Pasteur de Paris (koordynator projektu) – 25-28 rue du Docteur Roux, 75015, Paris, France
2. Cantacuzino National Institute of Research and Development Microbiology and Immunology – Splaiul Independentei 103, district 5, Bucuresti, 1-525 050096, Romania
3. The Stephan Angeloff Institute of Microbiology – Acad. G. Bonchev Str. 26, Sofia, 1113, Bulgaria
4. Institut Pasteur du Cambodge – 5, Monivong Boulevard, Phnom Penh, 983, Cambodia
5. Shanghai Institutes for Biological Sciences, Chinese Academy of Sciences – Pasteur Institute of Shanghai – 225 South Chong Qing Rd., #2, Shanghai, 200025, China
6. Centre de Coopération Internationale en Recherche Agronomique pour le Développement (CIRAD) – 42 rue Scheiffer, 75116 Paris, France
7. Institut Pasteur de Lille – 1 rue du Professeur Calmette, 59019, Lille, France
8. Interdyscyplinarne Centrum Modelowania Matematycznego i Komputerowego Uniwersytetu Warszawskiego – Pawińskiego 5A, Blok D, Warszawa PL-02-106, Poland
9. Wuhan Institute of Virology, Chinese Academy of Sciences – Xiaohongshan 44, Wuhan, 430071, China

Działają one na rzecz opracowania metod wykrywania i identyfikacji wirusa ptasiej grypy serotypu A(H5N1) w celu zapobiegania i ewentualnej kontroli wybuchów epidemii ptasiej grypy. Wśród zadań postawionych w projekcie należy wyszczególnić: [1] – mikrobiologiczne zbadanie podstaw przeżywalności wirusa ptasiej grypy, [2] – zbadanie wpływu związków chemicznych i warunków fizycznych na przetrwanie wirusa, [3] – wyznaczenie roli zbiorników środowiskowych, [4] – opracowanie standardowych metod wykrywania oraz pomiarów koncentracji wirusa w środowiskach wodnych, materiałach spożywczych, wodach ściekowych, itp., [5] – przygotowanie adekwatnej bazy danych wraz z odpowiednimi narzędziami do ich analizy, a jeśli to możliwe, także zbudowania odpowiednich modeli symulacyjnych, w celu opracowania schematów działań opartych na danych obserwacyjnych, które służyłyby zapobieganiu i kontroli rozprzestrzeniania się wirusa ptasiej grypy wśród ludzi i zwierząt. Szczególnie w trakcie ponownego przywracania hodowli, po wypadkach jej całkowitego zniszczenia w trybie prewencyjnym.

Cele Projektu

Zasadniczym celem projektu RIVERS (Resistance of Influenza Viruses in Environmental Reservoirs and Systems) typu STREP (Specific Targeted REsearch or innovation Project), w ramach szóstego programu ramowego Unii Europejskiej, jest wypracowanie metod prewencyjnych i kontrolnych w stosunku do rozprzestrzeniania się wirusa ptasiej grypy A(H5N1). W ramach celu ogólnego można wyszczególnić następujące grupy:

• zebranie danych dotyczących przetrwania wirusa ptasiej grypy w środowiskach naturalnych
• uzyskanie podstaw naukowych wiedzy o przetrwaniu wirusa ptasiej grypy w warunkach eksperymentalnych
• znalezienie zależności wpływu różnorodnych czynników chemicznych i/lub fizycznych na przetrwanie wirusa ptasiej grypy
• znalezienie zależności wpływu różnych technologii stosowanych w przemyśle spożywczym na przetrwanie wirusa, oraz ewentualne opracowanie technologii zapobiegających
• w sytuacji gdy dostępne będą stosowne dane o zachowaniu wirusa A(H5N1), próba opracowania modeli analitycznych, a zwłaszcza modeli symulacyjnych, opisujących zdolności przetrwania i dynamikę rozwoju populacji wirusa ptasiej grypy w różnych środowiskach, oraz w warunkach kontrolowanych laboratoryjnie, dla istotnych gatunków zwierząt – tak hodowlanych jak i swobodnie migrujących, w określonych biotypach środowiska naturalnego.

Pakiety zadań projektu

Pakiety (WP – WorkPackages) projektu RIVERS zgrupowane są w cztery programy (WPG – WorkProgrammes) według struktury i zawartości merytorycznej podanej jak następuje:

WPG I – Przetrwanie wirusa ptasiej grypy w środowiskach i zbiornikach wodnych

• WP0: Podstawy molekularne dla przetrwania i mutacji wirusa, w szczególności badania tzw. „bio-equivalence” w odniesieniu do możliwości stosowania metod wypracowanych dla identyfikacji i wykrywalności wirusa grypy typu A(H1N1) dla analogicznych sytuacji w odniesieniu do wirusa A(H5N1).
• WP1: Koncentracja, identyfikacja i szacowanie ilościowe występowania wirusa grypy w zbiornikach wodnych, w terenach podmokłych i w faunie wodnej.
• WP2: Obserwacja wirusa ptasiej grypy w środowisku naturalnym
• WP3: Obserwacja koncentracji i przetrwania wirusa ptasiej grypy w warunkach eksperymentalnych
• WP4: Wpływ związków występujących w wodzie na przetrwanie wirusa AIV.

WPG II – Przetrwanie wirusa ptasiej grypy w powietrzu i na powierzchniach

• WP5: Wpływ czynników atmosferycznych na przetrwanie wirusa
• WP6: Żywotność wirusa w otoczeniu gospodarstw wiejskich.
• WP7: Wpływ związków w występujących powietrzu i na powierzchniach gruntowych na przetrwanie wirusa
• WP8: Określenie wpływu wybranych parametrów procesu produkcji spożywczej na przetrwanie wirusa.

WPG III – Modelowanie teoretyczne wraz z wnioskami i rekomendacjami

• WP9: Modelowanie dynamiki populacji wirusa grypy w naturalnych zbiornikach wodnych, w powietrzu oraz na powierzchniach, ze szczególnym uwzględnieniem gleby, akwenów wodnych i habitatów naturalnych.

WPG IV – Wykorzystanie i rozpowszechnienie wyników. Zarządzanie projektem.

• WP10: Wnioski i rekomendacje dla zapobieganiu, kontroli i zarządzania kryzysowego w razie wybuchów epidemii ptasiej grypy wśród ptactwa dzikiego i hodowlanego, potencjalnie prowadzących do powstania warunków dla pandemii porównywalnej z wysoce śmiertelnym epizodem tzw. grypy hiszpanki w latach 1918-1919.
• WP11: Zarządzanie projektem.

Planowane wyniki projektu

Zakładane wyniki projektu i ich ewentualny wpływ na rozwój badań Projekt RIVERS skierowany jest na zagadnienia związane z infekcyjnością, w powiązaniu epidemiologią i kontrolą, a szczególnie z warunkami i czasem przetrwania wirusa ptasiej grypy w środowisku, na fermach hodowlanych, w akwenach wodnych, w powietrzu oraz zanieczyszczonych powierzchniach – zarówno w warunkach naturalnych, jak i kontrolowanych laboratoryjnie. Przeżywalność wirusa będzie badana w związku z jego podatnością na działanie czynników chemicznych, fizycznych – np. temperatury czy promieniowania ultrafioletowego, oraz ich wpływu na genotypową i fenotypową zmienność populacji, w określonych warunkach możliwych do wystąpienia w habitatach o największym prawdopodobieństwie wybuchu epidemii. Stężenia wirusa w określonych sytuacjach i środowiskach, uzyskane w pierwszych stadiach projektu, stanowić będą podstawę do: [a] tworzenia bazy danych zawierającej informacje o infekcyjnych i przetrwalnościowych własności wirusa ptasiej grypy, [b] budowania modeli cząstkowych, zarówno analitycznych – o ile statystyczna istotność danych na to pozwoli – oraz symulacyjnych w oparciu o hipotezy robocze, weryfikowalne następnie w pętli sprzężenia zwrotnego w oparciu o nowe dane eksperymentalne. Następnie wysiłek zostanie rozszerzony w kierunku standaryzowanych protokołów szybkiego wykrywania wirusa H5N1, w oparciu o konieczne do wypracowania metody i techniki detekcji. Informacja pozyskana w wyniku prac konsorcjum RIVERS pozwolić powinna na lepsze określenie stosownych wytycznych UE, oraz innych organizacji międzynarodowych w odniesieniu do metod detekcji, dezaktywacji, dezynfekcji, kontroli i zapobiegania powstawaniu ognisk występowania wirusa ptasiej grypy.

Oprócz zadań w obrębie Programu Tematycznego III (WPG III), którego Interdyscyplinarne Centrum Modelowania Matematycznego i Komputerowego jest koordynatorem, oraz zadań wynikających z kierowania Pakietem Tematycznym 9 (WP9), ICM uczestniczy we wszystkich fazach planowania eksperymentów, asymilacji, weryfikacji i walidacji danych w Pakietach WP0-WP5 i WP8, oraz konsultuje analogiczne zadania w Pakietach WP6-WP7.

Wykorzystując dane uzyskane sukcesywnie w trakcie realizacji Programów Tematycznych WPG I i WPG II przewiduje się zbudowanie analitycznych i symulacyjnych modeli opisujących przeżywalność wirusa w naturalnych zbiornikach wodnych, w powietrzu i na powierzchniach gruntownych. Zbiorniki wodne jako nieredukowalny element cyklu występowania wirusa pełnią szczególnie ważną rolę.

Pakiet zadań WP9 zakłada także możliwość powiązania rezultatów prac z projektu RIVERS, oraz rezultatów innych badań w projektach ze zgłoszenia SSP-5B Influenza, realizowanymi w szczególności w obrębie zadań Task 3 i Task 4 w SSP-5B-INFLUENZA, dotyczącymi ekologii nosicieli wirusa oraz globalnego mechanizmu występowania wirusa w przyrodzie.

Projekt RIVERS koncentruje się na zagadnieniach środowiskowych, przy czym centralne rolę w rozprzestrzeniania się wirusa grypy stanowi jego infekcyjności w odniesieniu do ptaków wodnych, które uważa się za pierwotnego nosiciela wirusa grypy. Chociaż istnieje pewien zbiór danych dotyczących infekcji wirusa wśród dzikiego ptactwa, niewiele wiadomo o ekologii wirusa AIV. Zarówno dane zawierające informacje o okresach zainfekowania dzikiego ptactwa wirusem AIV, jak i dane dotyczące cyrkulacji wirusa w środowiskach naturalnych i hodowlanych są niekompletne, a mechanizm przetrwania wirusa nie został wyjaśniony. Jednym z możliwych celów pakietu WP9 jest opracowanie przypuszczalnych modeli opisujących występowanie i dynamikę populacji wirusa w trakcie rocznego cyklu. O ile znajdzie to potwierdzenie w danych gromadzonych w obrębie zadań WP0-WP8, oraz biorąc pod uwagę założenia powstałe z uwzględnieniem aktualnego stanu wiedzy dotyczącej rozprzestrzeniania się i występowania wirusa AIV w przyrodzie można będzie zapewne wstępnie zaproponować szereg schematów koncepcyjnych ewentualnej cyrkulacji wirusa H5N1 w rocznym cyklu rozwojowym.

Symulacje w modelu dynamiki społecznej

Wielkoskalowy model symulacyjny dynamiki zachowań różnych subtypów wirusa grypy w wielomilionowych populacjach nosicieli Z uwagi na niemal całkowity brak danych dotyczących przetrwalności oraz sposobów dezaktywacji wirusa ptasiej grypy A(H5N1) w środowiskach naturalnych, ze szczególnym uwzględnieniem akwenów wodnych, warunków sprzyjających przetrwaniu wirusa H5N1 w powietrzu, na powierzchniach czy w glebie – w początkowym etapie prac projektu RIVERS, zadania związane z budową modeli symulacyjnych koncentrować się będą na stworzeniu stochastycznej symulacji Monte Carlo. Model bazować będzie na metodologii, indywidualnych, heterogenicznych agentów software’owych, wyposażonych w atrybuty zarówno nosicieli (ludzkich), jak i ich immunologicznej historii przebytych infekcji z uwzględnieniem zakażenia szybko-zmiennymi serotypami HA1, HA3 oraz HB. Symulacje osiągnąć mają przede wszystkim zebranie statystycznie istotnych informacji o przebiegu epidemii, a zatem jej wybuchu, rozwoju i wygasania ognisk infekcji grypy wirusa A z uwzględnieniem genetycznej konkurencji serotypów H1N1, H3N2, oraz wirusa typu B. Model przewiduje asymilacje danych o gęstości populacji, rozmieszczeniu dużych zakładów pracy, szkół, oraz lokalizacji innych obiektów o wysokim współczynniku potencjalnych kontaktów osobników zakażonych i zdrowych, a także opartych o rozkłady gęstości informacji o częstotliwości i kierunkach podróży – zarówno jako typowych dojazdów do pracy/szkół etc, jak i z wykorzystaniem transportu na większych odległościach. Planowane jest przeprowadzenie symulacji w czasie quasi rzeczywistym, oraz z udziałem skalowalnej reprezentacji i rozmieszczenia skupisk ludności z uwzględnieniem ich georeferencji. Prawdopodobnie dla oddania zjawisk w 38-miomilionowej populacji modelowanej, wystarczające będzie używanie każdorazowo ok. 12–15 milionów osobników (agentów symulacji). Walidacja modelu powinna zatem, w pierwszej kolejności, umożliwić weryfikację zasadności i stosowalności przyjętego rodzaju skalowania. Następnie przewidziana jest analiza wrażliwości użytego modelu symulacyjnego w odniesieniu do parametrów wewnętrznych oraz walidacja w oparciu dostępne dane epidemiologiczne dla przemienności i fluktuacji występowania w populacji nosicieli subtypów wirusa H1N1, H3N2 oraz B. Bardzo istotnym elementem, w znaczny sposób decydującym o stopniu, w jakim powyższy model symulacyjny może być uznany za mimetyczny, czyli dobrze korespondujący z danymi obserwacyjnymi, jest jakościowe podobieństwo rezultatów analizy filogenetycznej odpowiadających sobie zespołów danych w obu przypadkach. Planowane jest w/z tym podjęcie prób przejścia z opisu jakościowego, do opisu chociażby pół-ilościowego, a zatem także do próby wypracowania kryteriów określenia stochastycznej istotności zmian obserwowanych w wyniku mutacyjnego dryfu kodu genetycznego poszczególnych serotypów wirusa grypy, oraz współbieżnych z nimi rezultatów modelowych. Jedną z możliwości jest zastosowanie metod nie wymagających uliniowania sekwencji podczas analizy, użyteczne np. przy filogenetycznych porównaniach całkowitych genomów, jednak ich stosowalność w przypadku analizy wirusów grypy wymagać będzie odrębnego potraktowania i weryfikacji.

Rekomendacje i Popularyzacja

Rekomendacje – ICM jest w projekcie RIVERS koordynatorem Programu Tematycznego III (WPG III), w ramach którego koordynuje prace nad wypracowaniem rekomendacji dla zapobiegania, kontroli i zarządzania kryzysowego w razie wybuchów epidemii ptasiej grypy wśród ptactwa dzikiego i hodowlanego, oraz innych działań, w oparciu o pozyskane dane eksperymentalne, wyniki modeli cząstkowych oraz modelu dynamiki zachowań wirusa A(H5N1) w różnych środowiskach.

Popularyzacja – udostępnianie i rozpowszechnianie wyników projektu odbywać się będzie przede wszystkim poprzez publikacje naukowe, a także w postaci raportów dla komitetu SPP-5B-INFLUENZA przy komisarzu UE. Zasadnicze informacje o przebiegu prac znajdą się na oficjalnej stronie konsorcjum RIVERS. Dodatkowo, dedykowany serwer zlokalizowany w ICM, obok pełnienia funkcji bezpiecznego repozytorium danych dla sieci intranet wewnątrz konsorcjum, służy jako platforma udostępniania i wizualizacji wyników symulacji, ze szczególnym uwzględnieniem rezultatów tematu: „Wielkoskalowy model symulacyjny dynamiki zachowań różnych subtypów wirusa grypy w wielomilionowych populacjach nosicieli”, który z uwagi na wykorzystywanie wyłącznie publicznie dostępnych danych populacyjnych i genetycznych, oraz epidemiologiczny charakter oczekiwanych wyników jest szczególnie predestynowany do szerokiego upowszechnienia. ICM, równolegle do zadań realizowanych w ramach umowy konsorcyjnej, popularyzować będzie także wyniki polskie. Zadania popularyzacyjne będzie częściowo finansowane ze środków własnych centrum. Względy aktualności informacji, polityki upowszechniania wiedzy w ICM, etc., wymagają utrzymania i stałej aktualizacji stron WWW projektu. Poza obsługą techniczną potrzebna będzie także stała praca edytorska, redakcyjna i dokonywanie przekładów. W ramach wkładu własnego ICM zapewni obsługę techniczną serwera WWW, oraz aktualizację bieżącą stron WWW.